KR102536664B1 - Multi-junction photovoltaic device - Google Patents

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Abstract

제 2 서브-셀 상에 배치된 제 1 서브-셀을 포함하는 다접합형 광기전 디바이스가 제공되며, 제 1 서브-셀은 페로브스카이트 재료의 층을 포함하는 광활성 영역을 포함하고, 제 2 서브-셀은 실리콘 헤테로접합(SHJ)을 포함한다.A multi-junction photovoltaic device is provided comprising a first sub-cell disposed over a second sub-cell, the first sub-cell comprising a photoactive region comprising a layer of perovskite material, 2 sub-cells contain silicon heterojunctions (SHJ).

Description

다접합형 광기전 디바이스Multi-junction photovoltaic device

본 발명은 단접합형 구조에서 최하부 실리콘 서브-셀의 효율을 초과하여 전력 변환 효율에서 순 이득을 생성하는, 일체(monolith)로 집적된 페로브스카이트-온-실리콘 다접합형 광기전 디바이스에 관한 것이다.The present invention is directed to a monolithic integrated perovskite-on-silicon multijunction photovoltaic device that exceeds the efficiency of the bottom silicon sub-cell in a unijunction structure and produces a net gain in power conversion efficiency. it's about

과거 40 년 동안 화석 연료를 보다 안전한 지속가능한 에너지원으로 대체하기 위한 필요성에 대한 인식이 점점 증가하였다. 또한 새로운 에너지 공급은 환경적 영향이 낮아야 하고, 효율이 높아야 하고, 사용이 쉬워야 하고, 생산 비용이 효율적이어야 한다. 이를 위해, 태양 에너지는 가장 유망한 기술 중 하나로 보여지지만, 높은 재료 비용을 포함하여 태양 에너지를 포획하는 디바이스를 제조하는 높은 비용은 역사적으로 태양 에너지의 광범위한 사용을 방해해 왔다. Over the past 40 years, there has been growing awareness of the need to replace fossil fuels with safer, more sustainable energy sources. In addition, the new energy supply must have low environmental impact, high efficiency, ease of use, and cost-effective production. To this end, solar energy is seen as one of the most promising technologies, but the high costs of manufacturing devices that capture solar energy, including high material costs, have historically hampered widespread use of solar energy.

모든 고체는 광범위한 전기적 특성을 결정하는 자기 자신의 특징적 에너지-밴드 구조를 갖는다. 전자는 하나의 에너지 밴드로부터 다른 에너지 밴드로 전이할 수 있으나, 각각의 전이는 특유의 최소 에너지를 필요로 하고, 필요한 에너지의 양은 재료마다 다르다. 전자는 포논(열) 또는 광자(광)를 흡수함으로써 전이를 위해 필요한 에너지를 얻는다. 용어 "밴드 갭"은 전자 상태가 존재할 수 없는 고체 내의 에너지 차이 범위를 의미하며, 일반적으로 가전자 밴드의 최상부와 전도 밴드의 최하부 사이의 에너지(전자 볼트) 차이를 의미한다. 정상 태양광 조건 하에서 태양 전지와 같은 광기전 디바이스에서 사용되는 재료의 효율은 해당 재료에 대한 밴드 갭의 함수이다. 밴드 갭이 지나치게 높으면, 대부분의 일광 광자는 흡수될 수 없고, 이것이 지나치게 낮으면 대부분의 광자는 밴드 갭을 가로질러 전자를 여기시키는데 필요한 것보다 훨씬 많은 에너지를 가지며, 나머지는 낭비될 것이다. 쇼클리-퀘이저 한계는 입사광의 광자 당 추출될 수 있는 전기 에너지의 이론적 최대량을 의미하며, 약 1.34eV이다. 광기전 디바이스에 관한 최근의 많은 연구의 초점은 이러한 최대값에 가능한 근접하는 밴드 갭을 갖는 재료에 대한 탐구였다.All solids have their own characteristic energy-band structure that determines a wide range of electrical properties. Electrons can transition from one energy band to another, but each transition requires a specific minimum energy, and the amount of energy required varies from material to material. Electrons get the energy they need for the transition by absorbing phonons (heat) or photons (light). The term “band gap” refers to the range of energy differences in a solid in which no electronic state can exist, and generally refers to the difference in energy (in electron volts) between the top of the valence band and the bottom of the conduction band. The efficiency of a material used in a photovoltaic device, such as a solar cell, under normal sunlight conditions is a function of the band gap for that material. If the band gap is too high, most solar photons cannot be absorbed, if it is too low, most photons will have far more energy than needed to excite electrons across the band gap, and the rest will be wasted. The Shockley-Quiser limit means the theoretical maximum amount of electrical energy that can be extracted per photon of incident light, and is about 1.34 eV. The focus of much recent research on photovoltaic devices has been the search for materials with band gaps as close as possible to this maximum.

상당한 관심을 끌었던 광기전 재료의 하나의 부류는 페로브스카이트이다. 이러한 유형의 재료는 유리한 밴드 갭, 높은 흡수 계수 및 긴 확산 길이를 보이는 것으로 밝혀진 ABX3결정 구조를 형성하여 이러한 화합물을 광기전 디바이스에서 이상적인 흡수재가 되게 한다. 광기전 용도에서 페로브스카이트 재료의 사용의 초기의 예는 Kojima, A. 등(2009. Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells. Journal of the American Chemical Society, 131(17), pp.6050-1)에 의해 보고되었는데, 여기서는 하이브리드 유기-무기 금속 할로겐화물 페로브스카이트가 액체 전해질 기반의 광전기화학 전지에서 감광제로서 사용되었다. Kojima 등은 3.8%의 최고의 태양 에너지 전환 효율(또는 전력 에너지 전환 효율, PCE)을 얻었음을 보고하였으나, 이 시스템에서는 페로브스카이트 흡수재가 급속하게 감쇄되고, 전지는 불과 10 분만에 성능이 떨어졌다.One class of photovoltaic materials that has attracted considerable attention are perovskites. This type of material forms the ABX 3 crystal structure, which has been found to exhibit favorable band gaps, high absorption coefficients and long diffusion lengths, making these compounds ideal absorbers in photovoltaic devices. An early example of the use of perovskite materials in photovoltaic applications is Kojima, A. et al. (2009. Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells. Journal of the American Chemical Society, 131(17), pp. 6050-1), where hybrid organic-inorganic metal halide perovskites were used as photosensitizers in liquid electrolyte-based photoelectrochemical cells. Kojima et al. reported obtaining the highest solar energy conversion efficiency (or power energy conversion efficiency, PCE) of 3.8%, but in this system the perovskite absorber decays rapidly and the cell degrades after only 10 minutes. .

후속하여, Lee, M.M. 등(2012. Efficient hybrid solar cells based on meso-superstructured organometal halide perovskites. Science (New York, N.Y.), 338(6107), pp.643-7)은 액체 전해질을 고체 상태 정공 전도체(또는 정공-수송 재료, HTM)인 spiro-MeOTAD로 대체한 "메조-수퍼스트럭처의 태양전지"를 보고하였다. Lee 등은 달성된 전환 효율의 상당한 증가를 보고하면서 액체 용매의 사 용을 피한 결과 전지 안정성이 크게 개선되었다고 보고하였다. 기술된 예에서, CH3NH3PbI3페로브스카이트 나노입자는 광기전 전지 내에서 감광제의 역할을 하고, 메조스코픽 TiO2스캐폴드(scaffold) 내에 전자를, 그리고 고체 상태 HTM 내에 정공을 주입한다. TiO2및 HTM의 둘 모두는 선택적 콘택(contact)의 역할을 하며, 이를 통해 페로브스카이트 나노입자의 광여기에 의해 생성된 전하 캐리어가 추출된다.Subsequently, Lee, MM et al. (2012. Efficient hybrid solar cells based on meso-superstructured organometal halide perovskites. Science (New York, NY), 338(6107), pp.643-7) described a liquid electrolyte as a solid-state hole conductor reported a “meso-superstructured solar cell” replaced by spiro-MeOTAD (or hole-transporting material, HTM). Lee et al reported a significant improvement in cell stability as a result of avoiding the use of liquid solvents while reporting a significant increase in conversion efficiency achieved. In the described example, CH 3 NH 3 PbI 3 perovskite nanoparticles act as photosensitizers in photovoltaic cells, inject electrons into mesoscopic TiO 2 scaffolds, and holes into solid-state HTMs. do. Both TiO 2 and HTM serve as selective contacts, through which charge carriers generated by photoexcitation of perovskite nanoparticles are extracted.

WO2013/171517에 기재된 추가의 연구는 단일-음이온 페로브스카이트 대신 광기전 디바이스에서 감광제/흡수재로서 혼합된 음이온 페로브스카이트를 사용하여 보다 안정하고 고효율의 광기전 디바이스를 얻을 수 있는 방법을 개시하였다. 특히, 이 문헌은 디바이스가 이 디바이스 제조 프로세스 중에 무시가능한 컬러 표백을 나타내는 한편 10%를 초과하는 완전한 태양 전력 전환 효율을 나타낸다는 것을 발견함으로써 혼합된 음이온 페로브스카이트의 우수한 안정성이 강조된다고 개시하고 있다. 이에 비해, 등가의 단일-음이온 페로브스카이트는 비교적 불안정하고, 주변 조건에서 단일 할로겐화물 페로브스카이트로부터 막을 제조할 때 표백이 급속하게 발생한다.Further research described in WO2013/171517 discloses a way to obtain more stable and highly efficient photovoltaic devices by using mixed anionic perovskites as photosensitizers/absorbers in photovoltaic devices instead of mono-anionic perovskites did In particular, this document discloses that the superior stability of mixed anionic perovskites is highlighted by finding that the device exhibits a full solar power conversion efficiency in excess of 10% while exhibiting negligible color bleaching during the device manufacturing process. there is. In comparison, equivalent single-anion perovskites are relatively unstable, and bleaching occurs rapidly when preparing films from single halide perovskites at ambient conditions.

더 최근에는, WO2014/045021은 n형(전자 수송) 층과 p형(정공 수송) 층 사이에 배치된 광활성 페로브스카이트 흡수재의 박막을 포함하는 평면의 헤테로접합형(PHJ) 광기전 디바이스를 기술하였다. 뜻밖에도, 메조다공질 복합재의 요건과는 반대로 광활성 페로브스카이트의 컴팩트한(즉 효과적/개방된 공극 없는) 박막을 사용함으로써 우수한 디바이스 효율이 얻어질 수 있다는 것이 밝혀졌으며, 페로브스카이트 흡수재가 단순화된 디바이스 아키텍처에서 높은 효율로 기능할 수 있음을 보여주었다. More recently, WO2014/045021 describes a planar heterojunction type (PHJ) photovoltaic device comprising a thin film of a photoactive perovskite absorber disposed between an n-type (electron transport) layer and a p-type (hole transport) layer. described. Unexpectedly, it has been found that superior device efficiency can be obtained by using compact (i.e. effective/no open pore) thin films of photoactive perovskites, contrary to the requirements of mesoporous composites, and perovskite absorbers have been shown to simplify It was shown that the device architecture can function with high efficiency.

최근 광기전 디바이스에서 페로브스카이트의 응용에 관한 연구의 일부는 탠덤/다접합형 배열로 페로브스카이트 기반의 전지와 결합함으로써 종래의 실리콘 기반 태양 전지의 성능을 향상시키기 위해 이들 재료의 잠재력에 중점을 두어왔다. 이와 관련하여, 다접합형 광기전 디바이스는 상호 적측된, 그리고 더 많은 태양 스펙트럼을 전기로 전환하여 디바이스의 전체적인 효율을 증가시키는 다수의 별개의 서브-셀(즉, 각각 자신의 광활성 영역을 갖는)을 포함한다. 그렇게 하기 위해, 각각의 서브-셀의 각각의 광활성 영역은 광활성 영역의 밴드 갭이 태양 스펙트럼의 특정 세그먼트로부터 광자를 효율적으로 흡수하도록 보장하도록 선택된다. 이것은 종래의 단접합형 광기전 디바이스에 비해 2 가지 중요한 장점을 갖는다. 첫째 다중 서브-셀/광활성 영역과 상이한 밴드 갭의 조합은 더 넓은 범위의 입사 광자가 다접합형 디바이스에 의해 흡수될 수 있도록 보장하고, 둘째 각각의 서브-셀/광활성 영역은 스펙트럼의 관련 부분 내의 광자로부터 에너지 추출에 더 효과적이다. 특히, 다접합형 광기전 디바이스의 최저 밴드 갭은 전형적인 단접합형 디바이스의 것보다 낮을 것이므로 다접합형 디바이스는 단접합형 디바이스에 의해 흡수될 수 있는 것보다 작은 에너지를 갖는 광자를 흡수할 수 있다. 더욱이, 다접합형 디바이스와 단접합형 디바이스의 둘 모두에 의해 흡수되는 광자의 경우, 다접합형 디바이스는 광자 에너지에 더 근접한 밴드 갭이 열 손실을 감소시키므로 이들 광자를 더 효율적으로 흡수할 것이다. Some of the recent work on the application of perovskites in photovoltaic devices has explored the potential of these materials to improve the performance of conventional silicon-based solar cells by combining them with perovskite-based cells in tandem/multijunction arrays. has been focused on In this regard, a multijunction photovoltaic device is a plurality of distinct sub-cells (i.e., each having its own photoactive area) that are stacked together and convert more of the solar spectrum into electricity, increasing the overall efficiency of the device. includes To do so, each photoactive region of each sub-cell is selected to ensure that the photoactive region's band gap efficiently absorbs photons from a particular segment of the solar spectrum. This has two important advantages over conventional unijunction photovoltaic devices. First, the combination of multiple sub-cells/photoactive regions and different band gaps ensures that a wider range of incident photons can be absorbed by the multi-junction device, and second, each sub-cell/photoactive region has a different band gap within a relevant portion of the spectrum. It is more effective in extracting energy from photons. In particular, the lowest band gap of a multijunction photovoltaic device will be lower than that of a typical unijunction device, so that a multijunction device can absorb photons with less energy than can be absorbed by a unijunction device. . Moreover, for photons absorbed by both the multi-junction and mono-junction devices, the multi-junction device will absorb these photons more efficiently since the band gap closer to the photon energy reduces heat loss.

다접합형 디바이스에서, 스택 내에서 최상부 서브-셀/광활성 영역은 최고 밴드 갭을 가지며, 하부의 서브-셀/광활성 영역의 밴드 갭은 디바이스의 최하부를 향하여 감소된다. 이러한 구성은 최상부 서브-셀/광활성 영역이 더 적은 에너지를 갖는 광자의 투과를 허용하면서 최고 에너지 광자를 흡수하므로 광자 에너지 추출을 최대화한다. 그러면 각각의 후속의 서브-셀/광활성 영역은 그 밴드 갭에 최근접한 광자로부터 에너지를 추출함으로써 열화 손실을 최소화한다. 최하부 서브-셀/광활성 영역은 그 밴드 갭을 초과하는 에너지를 갖는 나머지 모든 광자를 흡수한다. 따라서, 다접합형 전지의 설계 시, 태양 스펙트럼의 수확을 최적화하기 위해 올바른 밴드갭을 갖는 광활성 영역을 갖는 서브-셀을 선택하는 것이 중요하다. 이와 관련하여, 2 개의 서브-셀/광활성 영역, 최상부 서브-셀/광활성 영역 및 최하부 서브-셀/광활성 영역을 포함하는 탠덤 광기전 디바이스의 경우, 최하부 서브-셀/광활성 영역은 이상적으로 약 1.1 eV의 밴드 갭을 가져야 하고, 최상부 서브-셀/광활성 영역은 이상적으로 약 1.7eV의 밴드 갭을 가져야 한다(Coutts, T.J., Emery, K. a. & Scott Ward, J., 2002. Modeled performance of polycrystalline thin-film tandem solar cells. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 10(3), pp.195203).In a multi-junction type device, the uppermost sub-cell/photoactive region within the stack has the highest band gap, and the band gap of the lower sub-cell/photoactive region decreases towards the bottom of the device. This configuration maximizes photon energy extraction as the top sub-cell/photoactive region absorbs the highest energy photons while allowing transmission of photons with lower energies. Each subsequent sub-cell/photoactive region then minimizes degradation losses by extracting energy from photons closest to its band gap. The bottom sub-cell/photoactive region absorbs all remaining photons with energies above its band gap. Therefore, when designing a multijunction cell, it is important to select a sub-cell with a photoactive region with the correct bandgap to optimize the harvesting of the solar spectrum. In this regard, for a tandem photovoltaic device comprising two sub-cells/photoactive regions, an uppermost sub-cell/photoactive region and a lowermost sub-cell/photoactive region, the lowermost sub-cell/photoactive region ideally has a ratio of about 1.1 eV, and the top sub-cell/photoactive region should ideally have a band gap of about 1.7 eV (Coutts, T.J., Emery, K. a. & Scott Ward, J., 2002. Modeled performance of polycrystalline thin-film tandem solar cells. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 10(3), pp.195203).

결과적으로, 유기금속 할로겐화물 페로브스카이트의 할로겐화물 조성을 변화시킴으로써 약 1.5eV 내지 2eV 초과까지 이들 페로브스카이트 재료의 밴드 갭을 조절할 수 있는 경우에 탠덤 광기전 디바이스에서 사용하기 위한 하이브리드 유기-무기 페로브스카이트 태양 전지의 개발에 관심이 있어왔다(Noh, J.H. et al., 2013. Chemical Management for Colourful, Efficient, and Stable Inorganic-Organic Hybrid Nanostructured Solar Cells. Nano letters, 2, pp.2831). 특히, 할로겐화물 조성을 변화시킴으로써 유기금속 할로겐화물 페로브스카이트의 밴드 갭을 약 1.7eV까지 조절하는 것이 가능하고, 이는 약 1.12eV의 밴드 갭을 갖는 결정질 실리콘 최하부 서브-셀과의 조합되었을 때 탠덤 구조의 최상부 서브-셀로서 사용하기에 이상적이다. As a result, hybrid organic-halide compositions for use in tandem photovoltaic devices can be obtained where the band gap of these perovskite materials can be tuned from about 1.5 eV to greater than 2 eV by changing the halide composition of the organometal halide perovskite. There has been interest in the development of inorganic perovskite solar cells (Noh, J.H. et al., 2013. Chemical Management for Colourful, Efficient, and Stable Inorganic-Organic Hybrid Nanostructured Solar Cells. Nano letters, 2, pp.2831) . In particular, it is possible to tune the band gap of an organometal halide perovskite to about 1.7 eV by changing the halide composition, which when combined with a crystalline silicon lowermost sub-cell having a band gap of about 1.12 eV is a tandem. Ideal for use as the uppermost sub-cell of a structure.

이와 관련하여, Schneider, B.W. 등(Schneider, B.W. et al., 2014. Pyramidal surface textures for light trapping and antireflection in perovskite-on-silicon tandem solar cells. Optics Express, 22(S6), p.A1422)은 모델링된 전지가 4 단자의 기계적 적층 구조를 갖는 페로브스카이트-온-실리콘 탠덤 전지의 모델링에 관하여 보고하였다. Loeper, P. 등(Loeper, P. et al., 2015. Organic-inorganic halide perovskite/crystalline silicon four-terminal tandem solar cells. Physical chemistry chemical physics: PCCP, 17, p.1619)은 결정질 실리콘 헤테로접합형 최하부 서브-셀 상에 기계적으로 적층된 메틸 암모늄 납 삼요드화물(CH3NH3PbI3)(즉, 유기금속 할로겐화물 페로브스카이트) 최상부 서브-셀로 이루어지는 4 단자의 탠덤 태양 전지의 구현형태에 관하여 보고하였다. 유사하게, Bailie, C. 등(Bailie, C. et al., 2015. Semi-transparent perovskite solar cells for tandems with silicon and CIGS. Energy Environ. Sci., pp.128)은 구리 인듐 갈륨 이셀렌화물(CIGS) 또는 저품위 다결정질 실리콘 최하부 서브-셀 상의 메틸 암모늄 납 삼요드화물(CH3NH3PbI3)최상부 서브-셀로 이루어지는 기계적 적층형 탠덤 태양에 관하여 보고하였다. Filipic, M. 등(Filipic, M. et al., 2015. CH3NH3PbI3perovskite/silicontandemsolarcells:characterizationbasedopticalsimulations.OpticsExpress,23(7),pp.480484)은 메틸 암모늄 납 삼요드화물(CH3NH3PbI3)최상부 서브-셀 및 결정질 실리콘 최하부 서브-셀로 이루어지는 기계적 적층형(4 단자) 및 일체형으로 집적된 (2 단자) 탠덤 디바이스의 둘 모두의 시뮬레이션에 관하여 보고하였다. 다음에 Mailoa, J.P. 등(Mailoa, J.P. et al., 2015. A 2-terminal perovskite/silicon multi-junction solar cell enabled by a silicon tunnel junction. Applied Physics Letters, 106(12), p.121105)은 메틸 암모늄 납 삼요드화물(CH3NH3PbI3)최상부 서브-셀 및 결정질 실리콘 최하부 서브-셀로 이루어지는 일체형 탠덤 태양 전지의 제조에 관하여 보고하였다..In this regard, Schneider, BW et al. (Schneider, BW et al., 2014. Pyramidal surface textures for light trapping and antireflection in perovskite-on-silicon tandem solar cells. Optics Express, 22(S6), p.A1422) modeled reported on the modeling of a perovskite-on-silicon tandem cell with a four-terminal mechanical layered structure. Loeper, P. et al. (Loeper, P. et al., 2015. Organic-inorganic halide perovskite/crystalline silicon four-terminal tandem solar cells. Physical chemistry chemical physics: PCCP, 17, p.1619) reported that crystalline silicon heterojunction Embodiments of a 4-terminal tandem solar cell consisting of a top sub-cell of methyl ammonium lead triiodide (CH 3 NH 3 PbI 3 ) (ie organometallic halide perovskite) mechanically layered on a bottom sub-cell. reported about. Similarly, Bailie, C. et al. (Bailie, C. et al., 2015. Semi-transparent perovskite solar cells for tandems with silicon and CIGS. Energy Environ. Sci., pp.128) reported copper indium gallium diselenide ( reported on a mechanically stacked tandem embodiment consisting of a top sub-cell of methyl ammonium lead triiodide (CH 3 NH 3 PbI 3 ) on a bottom sub-cell of CIGS or low-grade polycrystalline silicon. Methyl ammonium lead triiodide ( CH 3 NH reported on simulations of both mechanically stacked (4-terminal) and monolithically integrated (2-terminal) tandem devices consisting of a 3 PbI 3 ) top sub-cell and a crystalline silicon bottom sub-cell. Next, Mailoa, JP et al. (Mailoa, JP et al., 2015. A 2-terminal perovskite/silicon multi-junction solar cell enabled by a silicon tunnel junction. Applied Physics Letters, 106(12), p.121105) The fabrication of an integrated tandem solar cell consisting of an ammonium lead triiodide (CH 3 NH 3 PbI 3 ) top sub-cell and a crystalline silicon bottom sub-cell is reported.

기계적 적층형 다접합형 광기전 디바이스에서 개별 서브-셀은 서로 중합하여 적층되고, 각각은 자신의 별개의 전기 콘택을 구비하므로 개별 서브-셀은 병렬로 접속되고, 전류 매칭이 불필요하다. 이것은 개별 서브-셀이 단일의 단자 쌍 사이에서 전기적으로 직렬로 접속되어, 인접하는 서브-셀들 사이에서 재결합 층 또는 터널 접합 및 전류 매칭을 필요로 하는 일체형으로 집적된 다접합형 광기전 디바이스와 대비된다. 기계적 적층형 다접합형 광기전 디바이스는 서브-셀들 사이에 전류 매칭을 필요로 하지 않지만, 추가의 콘택과 기판의 추가의 크기와 비용, 및 보다 낮은 실제 효율 한계는 기계적 적층형 구조를 일체형으로 집적된 구조보다 덜 유리하게 만든다. In a mechanically stacked multi-junction photovoltaic device, individual sub-cells are stacked by polymerizing each other, and each has its own separate electrical contact, so that the individual sub-cells are connected in parallel, and current matching is unnecessary. This contrasts with monolithically integrated multijunction photovoltaic devices, where individual sub-cells are electrically connected in series between a single pair of terminals, requiring recombination layers or tunnel junctions and current matching between adjacent sub-cells. do. Mechanically stacked multijunction photovoltaic devices do not require current matching between sub-cells, but the additional size and cost of additional contacts and substrates, and the lower practical efficiency limit, make the mechanically stacked structure an integrally integrated structure. makes it less advantageous.

지금까지 일체로 집적된 페로브스카이트-온-실리콘 다접합형 광기전 디바이스의 유일한 실시례는 단접합형 구조의 최하부 실리콘 서브-셀의 효율에 비교했을 때 전력 변환 효율의 순 손실을 생성하였다. 이와 관련하여, Mailoa, J.P. 등은 2 단자 페로브스카이트-온-실리콘 다접합형 광기전 디바이스를 보고하였으며, 여기서 단접합형 실리콘 셀의 효율은 13.8%이고, 2 단자 다접합형 디바이스에 대해 보고된 최대 효율은 13.7%이다. So far, the only example of a monolithically integrated perovskite-on-silicon multijunction photovoltaic device has produced a net loss in power conversion efficiency compared to the efficiency of the bottom silicon sub-cell in a monojunction structure. . In this regard, Mailoa, J.P. reported a two-terminal perovskite-on-silicon multijunction photovoltaic device, where the efficiency of a monojunction silicon cell is 13.8% and the maximum efficiency reported for a two-terminal multijunction device is 13.7%. am.

본 발명자들은 단접합형 구조에서 최하부 실리콘 서브-셀의 효율을 초과하여 전력 변환 효율에서 순 이득을 생성하는 일체로 집적된 페로브스카이트-온-실리콘 다접합형 광기전 디바이스를 개발하였다. The inventors have developed an integrally integrated perovskite-on-silicon multijunction photovoltaic device that exceeds the efficiency of the bottom silicon sub-cell in a unijunction structure to produce a net gain in power conversion efficiency.

제 1 양태에 따른 다접합형 광기전 디바이스는,The multi-junction type photovoltaic device according to the first aspect,

제 2 서브-셀 상에 배치된 제 1 서브-셀을 포함하며, a first sub-cell disposed on a second sub-cell;

상기 제 1 서브-셀은 하나 이상의 n형 층을 포함하는 n형 영역, 하나 이상의 p형 층을 포함하는 p형 영역, 및 상기 n형 영역과 p형 영역 사이에 배치되는, 그리고 상기 n형 영역 및 p형 영역 중 하나 또는 둘 모두와 평면의 헤테로접합을 형성하는, 개방된 공극을 갖지 않는, 페로브스카이트 재료의 층을 포함하는 광활성 영역을 포함하고,The first sub-cell comprises an n-type region comprising one or more n-type layers, a p-type region comprising one or more p-type layers, and disposed between the n-type region and the p-type region, and the n-type region and a photoactive region comprising a layer of perovskite material, without open pores, forming a planar heterojunction with one or both of the p-type regions;

상기 페로브스카이트 재료는 일반 화학식 (IA)를 갖고,The perovskite material has the general formula (IA),

AxA'1 - xB(XyX'1-y)3 (IA)A x A' 1 - x B(X y X' 1-y ) 3 (IA)

여기서 A는 포름아미디늄 양이온(FA)이고, A'는 세슘 양이온(Cs+)이고, B는 Pb2 +이고, X는 요드화물이고, X'는 브로민화물이고, 0 < x ≤ 1이고, 0 < y ≤ 1이고,where A is a formamidinium cation (FA), A ' is a cesium cation (Cs + ), B is Pb 2+ , X is an iodide, X' is a bromide, and 0 < x ≤ 1 , 0 < y ≤ 1,

상기 제 2 서브-셀은 실리콘 헤테로접합(SHJ)을 포함한다.The second sub-cell includes a silicon heterojunction (SHJ).

제 1 서브-셀에 인접하는 제 2 서브-셀의 표면은 500 nm 미만의 거칠기 평균(Ra)을 갖는 표면 프로파일로 텍스처링될 수 있다.A surface of the second sub-cell adjacent to the first sub-cell may be textured with a surface profile having a roughness average (R a ) of less than 500 nm.

제 1 서브-셀에 인접하는 제 2 서브-셀의 표면은 바람직하게는 50 내지 450 nm의 거칠기 평균(Ra)을 갖는다. 바람직한 실시형태에서, 제 1 서브-셀에 인접하는 2 서브-셀의 표면은 100 내지 400 nm의 거칠기 평균(Ra)을 가지며, 더 바람직하게는 200 nm 내지 400 nm의 거칠기 평균(Ra)을 갖는다.The surface of the second sub-cell adjacent to the first sub-cell preferably has a roughness average (R a ) of 50 to 450 nm. In a preferred embodiment, the surface of the second sub-cell adjacent to the first sub-cell has a roughness average (R a ) of 100 to 400 nm, more preferably a roughness average (R a ) of 200 nm to 400 nm. have

제 1 서브-셀에 인접하는 제 2 서브-셀의 표면은 50 nm 이하의 평균제곱근 거칠기(Rrms)를 가질 수 있다. 제 1 서브-셀에 인접하는 2 서브-셀의 표면은 100 nm 내지 400 nm, 바람직하게는 약 250 nm의 피크-투-피크(peak-to-peak) 거칠기(Rt)를 가질 수 있다. 제 1 서브-셀에 인접하는 2 서브-셀의 표면은 10 μm 내지 50 μm, 바람직하게는 약 25 μm의 피크 간 평균 간격(Sm)을 가질 수 있다.A surface of the second sub-cell adjacent to the first sub-cell may have a root mean square roughness (R rms ) of 50 nm or less. The surface of the second sub-cell adjacent to the first sub-cell may have a peak-to-peak roughness (R t ) of 100 nm to 400 nm, preferably about 250 nm. The surface of the second sub-cell adjacent to the first sub-cell may have an average peak-to-peak spacing (S m ) of 10 μm to 50 μm, preferably about 25 μm.

선택적으로, 제 1 서브-셀에 인접하는 제 2 서브-셀의 표면은 기복하는 프로파일을 갖는다.Optionally, a surface of the second sub-cell adjacent to the first sub-cell has an undulating profile.

바람직하게 페로브스카이트 재료의 층은 제 2 서브-셀의 인접 표면과 공형인 표면 상에 실질적으로 연속적이고 공형인 층으로서 배치된다.The layer of perovskite material is preferably disposed as a substantially continuous and conformal layer on a surface conformal to the adjacent surface of the second sub-cell.

본 디바이스는 제 1 서브-셀과 제 2 서브-셀 사이에 배치되어 이들을 연결하는 중간 영역을 더 포함할 수 있고, 이 중간 영역은 하나 이상의 상호접속층을 포함한다. 바람직하게 하나 이상의 상호접속층의 각각은 투명한 전도체 재료를 포함한다. 바람직하게 하나 이상의 상호접속층의 각각은 근적외선 및 적외선에 대해 90% 이상의 평균 투과율 및 200 옴/스퀘어(Ω/sq) 이하의 시트 저항(Rs)을 갖는다. 중간 영역은 인듐 주석 산화물(ITO)로 이루어지는 상호접속층을 포함할 수 있고, 바람직하게는 ITO의 층은 10 nm 내지 60nm의 두께를 갖는다. The device may further include an intermediate region disposed between and connecting the first sub-cell and the second sub-cell, and the intermediate region includes one or more interconnection layers. Preferably each of the one or more interconnect layers includes a transparent conductive material. Preferably, each of the one or more interconnection layers has an average transmittance of 90% or more for near and infrared rays and a sheet resistance (Rs) of 200 ohms/square (Ω/sq) or less. The intermediate region may include an interconnection layer made of indium tin oxide (ITO), preferably the layer of ITO has a thickness of 10 nm to 60 nm.

제 1 서브-셀의 광활성 영역은 개방된 공극을 갖지 않는 페로브스카이트 재료의 층을 포함할 수 있다. 제 1 서브-셀의 광활성 영역은 하나 이상의 n형 층을 포함하는 n형 영역 및 하나 이상의 p형 층을 포함하는 p형 영역을 더 포함할 수 있고, 여기서 페로브스카이트 재료의 층은 n형 영역과 p형 영역 사이에 배치된다. 페로브스카이트 재료의 층은 n형 영역 및 p형 영역의 하나 또는 둘 모두를 갖는 평면의 헤테로접합을 형성할 수 있다.The photoactive region of the first sub-cell may include a layer of perovskite material without open pores. The photoactive region of the first sub-cell may further comprise an n-type region comprising one or more n-type layers and a p-type region comprising one or more p-type layers, wherein the layer of perovskite material is an n-type region. It is placed between the region and the p-type region. The layer of perovskite material may form a planar heterojunction having one or both of an n-type region and a p-type region.

n형 영역은 무기 n형 재료를 포함하는 n형 층을 포함할 수 있다. 무기 n형 재료는 타이타늄, 주석, 아연, 니오븀, 탄탈럼, 텅스텐, 인듐, 갈륨, 네오디뮴, 팔라듐, 카드뮴의 산화물, 또는 상기 금속의 2 개 이상의 혼합물의 산화물; 카드뮴, 주석, 구리, 아연의 황화물 또는 상기 금속의 2 개 이상의 혼합물의 황화물; 카드뮴, 아연, 인듐, 갈륨의 셀렌화물 또는 상기 금속의 2 개 이상의 혼합물의 셀렌화물; 및 카드뮴, 아연, 카드뮴 또는 주석의 텔루르화물, 또는 상기 금속의 2 개 이상의 혼합물의 텔루르화물 중 어느 하나로부터 선택될 수 있다. n형 영역은 TiO2을 포함하는 n형 층을 포함할 수 있고, 바람직하게는 n형 층은 TiO2의 컴팩트 층이다.The n-type region may include an n-type layer including an inorganic n-type material. Inorganic n-type materials include oxides of titanium, tin, zinc, niobium, tantalum, tungsten, indium, gallium, neodymium, palladium, cadmium, or oxides of mixtures of two or more of the foregoing metals; sulfides of cadmium, tin, copper, zinc or sulfides of mixtures of two or more of the foregoing metals; selenide of cadmium, zinc, indium, gallium or a selenide of a mixture of two or more of the foregoing metals; and tellurides of cadmium, zinc, cadmium or tin, or tellurides of mixtures of two or more of the foregoing metals. The n-type region may include an n-type layer comprising TiO 2 , preferably the n-type layer is a compact layer of TiO 2 .

n형 영역은 유기 n형 재료를 포함하는 n형 층을 포함할 수 있다. 유기 n형 재료는 플러렌 또는 플러렌 유도체, 페릴렌 또는 페릴렌 유도체, 또는 폴리{[N,N0-비스(2-옥틸도데실)-나프탈렌-1,4,5,8-비스(디카르복시미드)-2,6-디일]-alt-5,50-(2,20-비티오펜)}(P(NDI2OD-T2)) 중 어느 하나로부터 선택될 수 있다. The n-type region may include an n-type layer comprising an organic n-type material. The organic n-type material is fullerene or fullerene derivative, perylene or perylene derivative, or poly{[N,N0-bis(2-octyldodecyl)-naphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide) -2,6-diyl] -alt-5,50-(2,20-bithiophene)} (P(NDI2OD-T2)).

n형 영역은 20 nm 내지 40nm, 더 바람직하게는 30 nm의 두께를 갖는 n형 층을 포함할 수 있다. 선택적으로, n형 영역은 20 nm 내지 40nm, 더 바람직하게는 30 nm의 두께를 갖는 n형 층으로 이루어진다.The n-type region may include an n-type layer having a thickness of 20 nm to 40 nm, more preferably 30 nm. Optionally, the n-type region consists of an n-type layer with a thickness of 20 nm to 40 nm, more preferably 30 nm.

p형 영역은 무기 p형 재료를 포함하는 p형 층을 포함할 수 있다. 무기 p형 재료는 니켈, 바나듐, 구리 또는 몰리브데넘의 산화물; 및 CuI, CuBr, CuSCN, Cu2O,CuO또는 CIS 중 어느 하나로부터 선택될 수 있다.The p-type region may include a p-type layer comprising an inorganic p-type material. Inorganic p-type materials include oxides of nickel, vanadium, copper or molybdenum; and CuI, CuBr, CuSCN, Cu 2 O, CuO or CIS.

p형 영역은 유기 p형 재료를 포함하는 p형 층을 포함할 수 있다. 유기 p형 재료는 스피로-MeOTAD, P3HT, PCPDTBT, PVK, PEDOT-TMA, PEDOT:PSS 중 어느 하나로부터 선택될 수 있고, 바람직하게는 p형 영역는 스피로-MeOTAD를 포함하는 p형 층으로 이루어진다.The p-type region may include a p-type layer comprising an organic p-type material. The organic p-type material may be selected from any one of Spiro-MeOTAD, P3HT, PCPDTBT, PVK, PEDOT-TMA, and PEDOT:PSS, and preferably the p-type region consists of a p-type layer containing spiro-MeOTAD.

p형 영역은 200 nm 내지 300 nm, 더 바람직하게는 250 nm의 두께를 갖는 p형 층을 포함할 수 있다. 선택적으로, p형 영역은 200 nm 내지 300 nm, 더 바람직하게는 250 nm의 두께를 갖는 p형 층으로 이루어진다.The p-type region may include a p-type layer having a thickness of 200 nm to 300 nm, more preferably 250 nm. Optionally, the p-type region consists of a p-type layer with a thickness of 200 nm to 300 nm, more preferably 250 nm.

n형 영역은 제 2 서브-셀에 인접될 수 있다.The n-type region may be adjacent to the second sub-cell.

본 디바이스는 제 1 전극 및 제 2 전극을 더 포함할 수 있고, 여기서 제 1 서브-셀과 제 2 서브-셀은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치되고, 제 1 서브-셀은 제 1 전극과 접촉한다. 제 1 전극은 제 1 서브-셀의 p형 영역과 접촉할 수 있다. The device may further include a first electrode and a second electrode, wherein the first sub-cell and the second sub-cell are disposed between the first electrode and the second electrode, and the first sub-cell is disposed between the first electrode and the second electrode. contact the electrode. The first electrode may contact the p-type region of the first sub-cell.

제 1 전극은 투명한 또는 반투명한 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다. 제 1 전극은 50 옴/스퀘어(Ω/sq) 이하의 시트 저항(Rs) 및 가시광 및 적외선에 대해 90%를 초과하는 평균 투과율, 바람직하게는 가시광 및 적외선에 대해 95% 이상의 가시광 및 적외선를 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 제 1 전극은 인듐 주석 산화물(ITO)의 층으로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 ITO의 층은 100 nm 내지 200 nm, 더 바람직하게는 150 nm의 두께를 갖는다.The first electrode may include a transparent or translucent electrically conductive material. The first electrode is a material having a sheet resistance (Rs) of 50 ohms/square (Ω/sq) or less and an average transmittance of greater than 90% for visible and infrared light, preferably greater than 95% for visible and infrared light. can be made with The first electrode may consist of a layer of indium tin oxide (ITO), preferably the layer of ITO has a thickness of 100 nm to 200 nm, more preferably 150 nm.

제 1 서브-셀의 광활성 영역은 1.50eV 내지 1.75eV, 바람직하게는 1.65eV 내지 1.70eV의 밴드 갭을 갖는 페로브스카이트 재료의 층을 포함할 수 있다.The photoactive region of the first sub-cell may comprise a layer of perovskite material having a band gap between 1.50 eV and 1.75 eV, preferably between 1.65 eV and 1.70 eV.

제 2 서브-셀은 양면형 서브-셀을 포함할 수 있고, 그러면 본 디바이스는 제 2 서브-셀 아래에 배치되는 제 3 서브-셀을 더 포함하고, 제 3 서브-셀은 페로브스카이트 재료의 층을 포함하는 광활성 영역을 포함한다. 제 3 서브-셀의 광활성 영역은 제 1 서브-셀의 광활성 영역의 페로브스카이트 재료와 동일하거나 상이한 페로브스카이트 재료의 층을 포함할 수 있다. 제 1 서브-셀은 정상 구조를 가질 수 있고, 그러면 제 3 서브-셀은 반전 구조를 가질 수 있다. The second sub-cell may include a bifacial sub-cell, then the device further includes a third sub-cell disposed below the second sub-cell, the third sub-cell comprising perovskite A photoactive region comprising a layer of material. The photoactive region of the third sub-cell may include a layer of perovskite material that is the same as or different from the perovskite material of the photoactive region of the first sub-cell. The first sub-cell may have a normal structure, then the third sub-cell may have an inverted structure.

제 3 서브-셀에 인접하는 제 2 서브-셀의 표면은 50 nm 이하의 평균제곱근 거칠기(Rrms)를 가질 수 있다. 제 3 서브-셀에 인접하는 제 2 서브-셀의 표면은 100 nm 내지 400 nm, 바람직하게는 250 nm의 피크-투-피크(peak-to-peak) 거칠기(Rt)를 가질 수 있다. 제 3 서브-셀에 인접하는 제 2 서브-셀의 표면은 10 μm 내지 50 μm, 바람직하게는 25 μm의 피크 간 평균 간격(Sm)을 가질 수 있다. 제 3 서브-셀에 인접하는 제 2 서브-셀의 표면은 기복(undulating)하는 프로파일을 가질 수 있다. 그러면 제 3 서브-셀의 페로브스카이트 재료의 층은 제 2 서브-셀의 인접 표면과 공형인 표면 상에 실질적으로 연속적이고 공형인 층으로서 배치된다.A surface of the second sub-cell adjacent to the third sub-cell may have a root mean square roughness (R rms ) of 50 nm or less. A surface of the second sub-cell adjacent to the third sub-cell may have a peak-to-peak roughness (R t ) of 100 nm to 400 nm, preferably 250 nm. A surface of the second sub-cell adjacent to the third sub-cell may have an average peak-to-peak spacing (S m ) of 10 μm to 50 μm, preferably 25 μm. A surface of the second sub-cell adjacent to the third sub-cell may have an undulating profile. The layer of perovskite material of the third sub-cell is then disposed as a substantially continuous and conformal layer on a surface conformal to the adjacent surface of the second sub-cell.

본 디바이스는 제 3 서브-셀과 제 2 서브-셀 사이에 배치되어 이들을 연결하는 추가의 중간 영역을 더 포함할 수 있고, 추가의 중간 영역은 하나 이상의 추가의 상호접속층을 포함한다. 바람직하게 하나 이상의 추가의 상호접속층의 각각은 투명한 전도체 재료로 이루어진다. 하나 이상의 추가의 상호접속층의 각각은 근적외선 및 적외선에 대해 90% 이상의 평균 투과율 및 200 옴/스퀘어(Ω/sq) 이하의 시트 저항(Rs)을 가질 수 있다. 중간 영역은 인듐 주석 산화물(ITO)로 이루어지는 추가의 상호접속층을 포함할 수 있고, 바람직하게는 ITO의 층은 10 nm 내지 60nm의 두께를 갖는다. The device may further include an additional intermediate region disposed between and connecting the third sub-cell and the second sub-cell, the additional intermediate region comprising one or more additional interconnection layers. Preferably each of the one or more additional interconnection layers is made of a transparent conductor material. Each of the one or more additional interconnect layers may have an average transmittance of 90% or greater for near and infrared light and a sheet resistance (Rs) of 200 ohms/square (Ω/sq) or less. The intermediate region may include an additional interconnection layer made of indium tin oxide (ITO), preferably the layer of ITO has a thickness of 10 nm to 60 nm.

제 3 서브-셀의 광활성 영역은 하나 이상의 n형 층을 포함하는 n형 영역 및 하나 이상의 p형 층을 포함하는 p형 영역을 더 포함할 수 있고, 여기서 페로브스카이트 재료의 층은 n형 영역과 p형 영역 사이에 배치된다. 제 3 서브-셀의 p형 영역은 제 2 서브-셀에 인접될 수 있다.The photoactive region of the third sub-cell may further comprise an n-type region comprising one or more n-type layers and a p-type region comprising one or more p-type layers, wherein the layer of perovskite material is an n-type region. It is placed between the region and the p-type region. The p-type region of the third sub-cell may be adjacent to the second sub-cell.

제 3 서브-셀은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치될 수 있고, 제 3 서브-셀은 제 2 전극과 접촉한다. 그러면 제 2 전극은 제 3 서브-셀의 광활성 영역의 n형 영역과 접촉할 수 있다.A third sub-cell may be disposed between the first electrode and the second electrode, and the third sub-cell contacts the second electrode. The second electrode may then contact the n-type region of the photoactive region of the third sub-cell.

제 2 전극은 투명한 또는 반투명한 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다. 제 2 전극은 50 옴/스퀘어(Ω/sq) 이하의 시트 저항(Rs) 및 가시광 및 적외선에 대해 90%를 초과하는 평균 투과율, 바람직하게는 가시광 및 적외선에 대해 95% 이상의 가시광 및 적외선를 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 제 2 전극은 인듐 주석 산화물(ITO)의 층으로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 ITO의 층은 100 nm 내지 200 nm, 더 바람직하게는 150 nm의 두께를 갖는다.The second electrode may include a transparent or translucent electrically conductive material. The second electrode is a material having a sheet resistance (Rs) of 50 ohms/square (Ω/sq) or less and an average transmittance of greater than 90% for visible and infrared light, preferably greater than 95% for visible and infrared light. can be made with The second electrode may consist of a layer of indium tin oxide (ITO), preferably the layer of ITO has a thickness of 100 nm to 200 nm, more preferably 150 nm.

제 3 서브-셀의 광활성 영역은 1.50eV 내지 1.75eV, 바람직하게는 1.65eV 내지 1.70eV의 밴드 갭을 갖는 페로브스카이트 재료의 층을 포함할 수 있다.The photoactive region of the third sub-cell may comprise a layer of perovskite material having a band gap between 1.50 eV and 1.75 eV, preferably between 1.65 eV and 1.70 eV.

또한 유기 전하 수송 재료의 층을 포함하는 광활성 영역; 및 유기 전하 수송 재료의 층 상에 침착된 투명한 전도성 산화물(TCO) 재료의 층을 포함하는 광기전 디바이스가 제공된다. TCO 재료의 층은 50 옴/스퀘어(Ω/sq) 이하의 시트 저항(Rs) 및 가시광 및 적외선에 대해 90%를 초과하는 평균 투과율, 바람직하게는 가시광 및 적외선에 대해 95% 이상의 평균 투과율을 갖는다. TCO 재료의 층은 비정질 구조를 가질 수 있다. also a photoactive region comprising a layer of organic charge transport material; and a layer of transparent conducting oxide (TCO) material deposited on the layer of organic charge transport material. The layer of TCO material has a sheet resistance (Rs) of 50 ohms per square (Ω/sq) or less and an average transmittance of greater than 90% for visible and infrared light, preferably greater than 95% for visible and infrared light. . The layer of TCO material may have an amorphous structure.

광활성 영역은 광활성 페로브스카이트 재료를 포함할 수 있고, 그러면 유기 전하 수송 재료의 층은 광활성 페로브스카이트 재료의 상측에 배치될 수 있다. 유기 전하 수송 재료는 n형 재료 및 p형 재료 중 어느 하나일 수 있다.The photoactive region may include a photoactive perovskite material, and then a layer of organic charge transport material may be disposed on top of the photoactive perovskite material. The organic charge transport material may be either an n-type material or a p-type material.

제 3 양태에 따르면 광기전 디바이스를 제조하는 방법이 제공된다. 본 방법은 유기 전하 수송 재료의 층을 침착시키는 단계, 및 원격 플라즈마 스퍼터링 공정을 이용하여 유기 전하 수송 재료 상에 투명한 전도성 산화물(TCO) 재료의 층을 침착시키는 단계를 포함한다. According to a third aspect a method of manufacturing a photovoltaic device is provided. The method includes depositing a layer of an organic charge transport material, and depositing a layer of a transparent conductive oxide (TCO) material on the organic charge transport material using a remote plasma sputtering process.

원격 플라즈마 스퍼터링 공정에 의해 스퍼터링 타겟에 지향되는 플라즈마는 1011이온 cm- 3내지 5 x 1013이온 cm-3의 밀도를 가질 수 있다. 플라즈마 내의 이온은 30 eV 내지 50 eV의 에너지를 가질 수 있다. TCO의 층을 침착시키는 단계는 100oC미만의 온도에서 수행될 수 있다. 본 방법은 200oC이상의 온도에서 침착된 TCO의 층을 어닐링하는 단계를 포함하지 않는다. The plasma directed to the sputtering target by the remote plasma sputtering process may have a density of 10 11 ions cm -3 to 5 x 10 13 ions cm -3 . Ions in the plasma may have an energy of 30 eV to 50 eV. The step of depositing the layer of TCO can be carried out at a temperature of less than 100 ° C. The method does not include annealing the deposited layer of TCO at a temperature above 200 ° C.

광기전 디바이스는 유기 전하 수송 재료의 층 및 광활성 페로브스카이트 재료의 층을 포함하는 광활성 영역을 포함할 수 있고, 그러면 유기 전하 수송 재료의 층을 침착시키는 단계는 광활성 페로브스카이트 재료의 층 상에 유기 전하 수송 재료의 층을 침착시키는 단계를 포함할 수 있다.The photovoltaic device can include a photoactive region comprising a layer of organic charge transport material and a layer of photoactive perovskite material, and then depositing the layer of organic charge transport material comprises a layer of photoactive perovskite material. depositing a layer of organic charge transport material on it.

또한, 제 2 서브-셀 상에 배치된 제 1 서브-셀을 포함하는 다접합형 광기전 디바이스가 제공되며, 제 1 서브-셀은 페로브스카이트 재료의 층을 포함하는 광활성 영역을 포함하고, 여기서 제 1 서브-셀에 인접하는 제 2 서브-셀의 표면은 50 nm 이하의 평균제곱근 거칠기(Rrms)를 갖는다.Also provided is a multi-junction photovoltaic device comprising a first sub-cell disposed over a second sub-cell, the first sub-cell comprising a photoactive region comprising a layer of perovskite material; , where the surface of the second sub-cell adjacent to the first sub-cell has a root mean square roughness (R rms ) of 50 nm or less.

제 1 서브-셀에 인접하는 2 서브-셀의 표면은 100 nm 내지 400 nm, 바람직하게는 약 250 nm의 피크-투-피크(peak-to-peak) 거칠기(Rt)를 가질 수 있다. 제 1 서브-셀에 인접하는 2 서브-셀의 표면은 10 μm 내지 50 μm, 바람직하게는 약 25 μm의 피크 간 평균 간격(Sm)을 가질 수 있다. 제 1 서브-셀에 인접하는 제 2 서브-셀의 표면은 기복(undulating)하는 프로파일을 가질 수 있다. 페로브스카이트 재료의 층은 제 2 서브-셀의 인접 표면과 공형인 표면 상에 실질적으로 연속적이고 공형인 층으로서 배치될 수 있다.The surface of the second sub-cell adjacent to the first sub-cell may have a peak-to-peak roughness (R t ) of 100 nm to 400 nm, preferably about 250 nm. The surface of the second sub-cell adjacent to the first sub-cell may have an average peak-to-peak spacing (S m ) of 10 μm to 50 μm, preferably about 25 μm. A surface of the second sub-cell adjacent to the first sub-cell may have an undulating profile. The layer of perovskite material may be disposed as a substantially continuous and conformal layer on a surface conformal to an adjacent surface of the second sub-cell.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일례를 더 구체적으로 설명한다.Hereinafter, an example of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 최상부의 페로브스카이트 기반의 서브-셀 및 최하부의 실리콘 헤테로접합(SHJ) 서브-셀을 포함하는 일체로 집적된 다접합형 광기전 디바이스를 개략적으로 도시하고;
도 2는 실리콘 헤테로접합(SHJ) 서브-셀의 일 실시례를 개략적으로 도시하고;
도 3a는 극박의 흡수재(ETA) 셀 아키텍처를 갖는 페로브스카이트 기반의 서브-셀의 일 실시례를 개략적으로 도시하고;
도 3b는 메조-수퍼스트럭처의 태양 전지(MSSC) 아키텍처를 갖는 페로브스카이트 기반의 서브-셀의 일 실시례를 개략적으로 도시하고;
도 3c는 평면의 헤테로접합형 디바이스 아키텍처를 갖는 페로브스카이트 기반의 서브-셀의 일 실시례를 개략적으로 도시하고;
도 3d는 페로브스카이트가 반도체 다공질 스캐폴드 재료와 함께 벌크 헤테로접합을 형성하는 페로브스카이트 기반의 서브-셀의 일 실시례를 개략적으로 도시하고;
도 3e는 페로브스카이트가 반도체 다공질 스캐폴드 재료와 함께 벌크 헤테로접합을 형성하는 HTM 없는 페로브스카이트 기반의 서브-셀의 일 실시례를 개략적으로 도시하고;
도 3f는 페로브스카이트가 절연성 다공질 스캐폴드 재료와 함께 벌크 헤테로접합을 형성하는 페로브스카이트 기반의 서브-셀의 일 실시례를 개략적으로 도시하고;
도 4는 도 1의 일체로 집적된 다접합형 광기전 디바이스의 일 실시례를 개략적으로 도시하고;
도 5는 일체로 집적된 다접합형 광기전 디바이스의 제 2 서브-셀의 표면 프로파일의 일 실시례를 개략적으로 도시하고;
도 6은 양면형의 일체로 집적된 다접합형 광기전 디바이스를 개략적으로 도시하고;
도 7은 도 6의 양면형의 일체로 집적된 다접합형 광기전 디바이스의 일 실시례를 개략적으로 도시하고;
도 8 및 도 9는 n형 결정질 실리콘 헤테로접합(SHJ) 서브-셀의 실시례의 I-V 곡선 및 계산된 디바이스 특성을 도시하고;
도 10 및 도 11은 각각 n형 결정질 실리콘 헤테로접합(SHJ) 서브-셀 상에 일체로 집적된 페로브스카이트 기반의 서브-셀을 포함하는 다접합형 디바이스에 대한 I-V 곡선 및 계산된 디바이스 특성을 도시한다.
1 schematically illustrates an integrally integrated multijunction photovoltaic device comprising a top perovskite-based sub-cell and a bottom silicon heterojunction (SHJ) sub-cell;
2 schematically illustrates one embodiment of a silicon heterojunction (SHJ) sub-cell;
3A schematically depicts one embodiment of a perovskite-based sub-cell with an ultra-thin absorber (ETA) cell architecture;
3B schematically illustrates one embodiment of a perovskite-based sub-cell with a meso-superstructured solar cell (MSSC) architecture;
3C schematically depicts one embodiment of a perovskite-based sub-cell with a planar heterojunction device architecture;
3D schematically illustrates one embodiment of a perovskite-based sub-cell in which the perovskite forms a bulk heterojunction with a semiconductor porous scaffold material;
FIG. 3E schematically depicts one embodiment of a perovskite-based sub-cell without an HTM in which the perovskite forms a bulk heterojunction with the semiconductor porous scaffold material;
3F schematically depicts one embodiment of a perovskite-based sub-cell in which the perovskite forms a bulk heterojunction with an insulating porous scaffold material;
4 schematically illustrates one embodiment of the integrally integrated multi-junction photovoltaic device of FIG. 1;
5 schematically illustrates one embodiment of a surface profile of a second sub-cell of an integrally integrated multi-junction photovoltaic device;
6 schematically illustrates a double-sided, integrally integrated, multi-junction photovoltaic device;
FIG. 7 schematically illustrates one embodiment of the double-sided integrally integrated multi-junction photovoltaic device of FIG. 6;
8 and 9 show IV curves and calculated device characteristics of an embodiment of an n-type crystalline silicon heterojunction (SHJ) sub-cell;
10 and 11 are IV curves and calculated device characteristics for a multi-junction device including a perovskite-based sub-cell integrally integrated on an n-type crystalline silicon heterojunction (SHJ) sub-cell, respectively. shows

정의Justice

본 명세서에서 사용되는 용어 "광활성"은 광전식으로 광에 반응할 수 있는 영역, 층 또는 재료를 의미한다. 그러므로 광활성 영역, 층 또는 재료는 빛 속의 광자에 의해 운반되는 에너지를 흡수하여 (예를 들면, 전자-정공 쌍 또는 엑시톤(exciton)을 생성함으로써) 전기를 생성할 수 있다.As used herein, the term “photoactive” refers to a region, layer or material capable of photoelectrically responding to light. Thus, a photoactive region, layer or material can generate electricity by absorbing energy carried by photons in the light (eg, by creating electron-hole pairs or excitons).

본 명세서에서 사용되는 용어 "페로브스카이트"는 CaTiO3의 구조와 관련된 3 차원 결정 구조를 갖는 재료 또는 CaTiO3의 구조와 관련된 구조를 갖는 재료의 층을 포함하는 재료를 의미한다. CaTiO3의 구조는 화학식 ABX3로 표현될 수 있으며, 여기서 A 및 B는 상이한 크기의 양이온이고, X는 음이온이다. 단위 격자에서, A 양이온은 (0,0,0)에 위치하고, B 양이온은 (1/2, 1/2, 1/2)에 위치하고, X 음이온은 (1/2, 1/2, 0)에 위치한다. 일반적으로 A 양이온은 B 양이온보다 크다. 당업자는, A, B 및 X가 변화되는 경우, 상이한 이온 크기로 인해 페로브스카이트 재료의 구조는 CaTiO3에 의해 채택된 구조로부터 더 낮은 대칭의 왜곡 구조로 왜곡될 수 있음을 알 것이다. 대칭은 또한 재료가 CaTiO3의 구조와 관련된 구조를 갖는 층을 포함하는 경우에 더 낮아질 것이다. 페로브스카이트 재료의 층을 포함하는 재료는 잘 알려져 있다. 예를 들면, K2NiF4유형의 구조를 채택한 재료의 구조는 페로브스카이트 재료의 층을 포함한다. 당업자는 페로브스카이트 재료가 화학식 [A][B][X]3로 표현될 수 있고, 여기서 [A]는 하나 이상의 양이온, [B]는 하나 이상의 양이온 및 [X]는 하나 이상의 음이온임을 알 수 있을 것이다. 페로브스카이트가 2 개 이상의 A 양이온을 포함하는 경우, 상이한 A 양이온이 규칙적으로 또는 불규칙적으로 A 사이트 위에 분포될 수 있다. 페로브스카이트가 2 개 이상의 B 양이온을 포함하는 경우, 상이한 B 양이온이 규칙적으로 또는 불규칙적으로 B 사이트 위에 분포될 수 있다. 페로브스카이트가 2 개 이상의 X 음이온을 포함하는 경우, 상이한 X 음이온이 규칙적으로 또는 불규칙적으로 X 사이트 위에 분포될 수 있다. 2 개 이상의 A 양이온, 2 개 이상의 B 양이온 또는 2 개 이상의 X 양이온을 포함하는 페로브스카이트의 대칭성은 CaTiO3의 대칭성보다 종종 더 낮다.As used herein, the term “perovskite” refers to a material having a three-dimensional crystal structure related to that of CaTiO 3 or a material comprising a layer of material having a structure related to that of CaTiO 3 . The structure of CaTiO 3 can be represented by the formula ABX 3 , where A and B are cations of different sizes and X is an anion. In the unit cell, the A cation is located at (0,0,0), the B cation is located at (1/2, 1/2, 1/2), and the X anion is located at (1/2, 1/2, 0) located in Generally, the A cation is larger than the B cation. A person skilled in the art will know that when A, B and X are varied, the structure of the perovskite material may be distorted from the structure adopted by CaTiO 3 to a distorted structure of lower symmetry due to the different ionic sizes. Symmetry will also be lower if the material includes a layer with a structure related to that of CaTiO 3 . Materials comprising layers of perovskite materials are well known. For example, the structure of a material employing a structure of the K 2 NiF 4 type includes a layer of perovskite material. A person skilled in the art knows that perovskite materials can be represented by the formula [A][B][X] 3 , where [A] is one or more cations, [B] is one or more cations and [X] is one or more anions. You will know. When the perovskite contains two or more A cations, different A cations may be regularly or irregularly distributed over the A site. When the perovskite contains two or more B cations, different B cations may be regularly or irregularly distributed over the B site. When the perovskite contains two or more X anions, different X anions can be regularly or irregularly distributed over the X sites. The symmetry of perovskites containing two or more A cations, two or more B cations, or two or more X cations is often lower than that of CaTiO 3 .

이전 문단에서 언급한 바와 같이, 본 명세서에서 사용되는 용어 "페로브스카이트"는 (a) CaTiO3의 결정 구조와 관련된 3 차원 결정 구조를 갖는 재료, 또는 (b) 재료의 층을 포함하는 재료를 의미하며, 여기서 층은 CaTiO3의 구조와 관련된 구조를 갖는다. 이들 두 범주의 페로브스카이트의 모두가 본 발명에 따른 디바이스에서 사용될 수 있으나, 경우에 따라서 제 1 범주의 페로브스카이트(a), 즉 3차원(3D) 결정 구조를 갖는 페로브스카이트를 사용하는 것이 바람직하다. 전형적으로 이러한 페로브스카이트는 층들 사이에 어떤 분리도 없는 페로브스카이트 단위 격자의 3D 네트워크를 포함한다. 다른 한편 제 2 범주의 페로브스카이트(b)는 2차원(2D) 층상 구조를 갖는 페로브스카이트를 포함한다. 2D 층상 구조를 갖는 페로브스카이트는 (삽입된) 분자에 의해 분리되는 페로브스카이트 단위 격자의 층을 포함할 수 있고 이러한 2D 층상 페로브스카이트의 예는 [2-(1-시클로헥세닐)에틸암모늄]2PbBr4이다. 2D 층상 페로브스카이트는 높은 엑시톤 결합 에너지를 갖는 경향이 있으며, 이것은 광여기 하에서 자유 전하 캐리어보다 결합된 전자-정공 쌍(엑시톤)의 생성을 선호한다. 결합된 전자정공 쌍은 p형 또는 n형 콘택에 도달하기에 충분히 이동할 수 없으며, 이곳에서 이들 쌍은 전달(이온화)되어 자유 전하를 생성할 수 있다. 결과적으로, 자유 전하를 생성하기 위해, 엑시톤 결합 에너지는 극복되어야 하며, 이는 전하 생성 프로세스에 대한 에너지 비용을 나타내며, 광기전 전지에서의 낮은 전압 및 낮은 효율을 초래한다. 대조적으로, 3D 결정 구조를 갖는 페로브스카이트는 훨씬 낮은 엑시톤 결합 에너지(열적 에너지와 유사함)를 갖는 경향이 있으며, 따라서 광여기 직후에 자유 캐리어를 생성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 디바이스 및 프로세스에서 채용되는 페로브스카이트 반도체는 제 1 범주의 페로브스카이트(a), 즉 3D 결정 구조를 갖는 페로브스카이트인 것이 바람직하다. 이것은 특히 광전자 디바이스가 광기전 디바이스인 경우에 바람직하다.As noted in the previous paragraph, the term "perovskite" as used herein refers to (a) a material having a three-dimensional crystal structure related to that of CaTiO 3 , or (b) a material comprising layers of material. , wherein the layer has a structure related to that of CaTiO3. Both of these two categories of perovskites can be used in the device according to the present invention, but in some cases perovskites of the first category (a), i.e. perovskites with a three-dimensional (3D) crystal structure It is preferable to use Typically these perovskites contain a 3D network of perovskite unit lattices with no separation between the layers. On the other hand, the second category of perovskites (b) includes perovskites with a two-dimensional (2D) layered structure. Perovskites with a 2D layered structure may contain layers of perovskite unit cells separated by (intercalated) molecules and an example of such a 2D layered perovskite is [2-(1-cyclohexenyl )ethylammonium] 2 PbBr 4 . 2D layered perovskites tend to have high exciton binding energies, which favor the generation of bound electron-hole pairs (excitons) over free charge carriers under photoexcitation. The bound electron-hole pairs cannot move far enough to reach the p-type or n-type contact, where they can transfer (ionize) and create free charge. Consequently, in order to generate free charge, the exciton binding energy must be overcome, which represents an energy cost for the charge generation process, resulting in low voltage and low efficiency in photovoltaic cells. In contrast, perovskites with a 3D crystal structure tend to have much lower exciton binding energies (similar to thermal energies) and thus can generate free carriers immediately after photoexcitation. Accordingly, it is preferred that the perovskite semiconductors employed in the devices and processes of the present invention are perovskites of the first category (a), i.e., perovskites having a 3D crystal structure. This is particularly advantageous when the optoelectronic device is a photovoltaic device.

본 발명에서 채용되는 페로브스카이트 재료는 광을 흡수할 수 있는, 그리고 이를 통해 자유 전하 캐리어를 생성할 수 있는 재료이다. 따라서, 채용된 페로브스카이트는 광흡수 페로브스카이트 재료이다. 그러나, 당업자는 페로브스카이트 재료가 전자 및 정공의 모두의 전하를 수용함으로써 (이들은 그 후에 재결합하여 광을 방출함) 광을 방출할 수 있는 페로브스카이트 재료일 수 있음을 알 것이다. 따라서, 채용된 페로브스카이트는 광방출 페로브스카이트일 수 있다.The perovskite material employed in the present invention is a material capable of absorbing light and thereby generating free charge carriers. Therefore, the perovskite employed is a light absorbing perovskite material. However, one skilled in the art will appreciate that the perovskite material can be a perovskite material capable of emitting light by accepting the charge of both electrons and holes, which then recombine and emit light. Thus, the employed perovskite may be a light-emitting perovskite.

당업자가 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 채용된 페로브스카이트 재료는 광도핑된 경우에 n형 전자 수송 반도체로서 작용하는 페로브스카이트일 수 있다. 대안적으로, 이것은 광도핑된 경우에 p형 정공 수송 반도체로서 작용하는 페로브스카이트일 수 있다. 따라서, 페로브스카이트는 n형 또는 p형이거나, 또는 고유 반도체일 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 채용된 페로브스카이트는 광도핑된 경우에 n형 전자 수송 반도체로서 작용하는 것이다. 페로브스카이트 재료는 이극 전하 전도성을 나타낼 수 있으며, 따라서 n형 반도체 및 p형 반도체로서 작용한다. 특히, 페로브스카이트는 페로브스카이트와 인접한 재료 사이에 형성된 접합의 유형에 따라 n형 반도체 및 p형 반도체의 모두로서 작용할 수 있다. As will be appreciated by those skilled in the art, the perovskite material employed in the present invention may be a perovskite that functions as an n-type electron transport semiconductor when light-doped. Alternatively, it may be a perovskite that acts as a p-type hole transporting semiconductor when light-doped. Thus, perovskites can be n-type or p-type, or intrinsic semiconductors. In a preferred embodiment, the perovskite employed is one that acts as an n-type electron transport semiconductor when light-doped. Perovskite materials can exhibit bipolar charge conductivity and thus act as n-type semiconductors and p-type semiconductors. In particular, a perovskite can act as both an n-type semiconductor and a p-type semiconductor depending on the type of junction formed between the perovskite and an adjacent material.

전형적으로, 본 발명에서 사용되는 페로브스카이트 반도체는 감광 재료, 즉, 광발생 및 전하 수송의 둘 모두를 수행할 수 있는 재료이다.Typically, the perovskite semiconductor used in the present invention is a photosensitive material, that is, a material capable of both photogeneration and charge transport.

본 명세서에서 사용된 용어 "혼합 음이온"은 2 개 이상의 상이한 음이온을 포함하는 화합물을 의미한다. 용어 "할로겐화물"은 원소 주기율표의 17 족으로부터 선택되는 원소, 즉 할로겐의 음이온을 의미한다. 전형적으로, 할로겐화물 음이온은 불화물 음이온, 염화물 음이온, 브로민화물 음이온, 요드화물 음이온 또는 아스타티드 음이온을 의미한다.As used herein, the term “mixed anion” refers to a compound containing two or more different anions. The term “halide” refers to an element selected from Group 17 of the Periodic Table of Elements, ie the anion of a halogen. Typically, halide anion means fluoride anion, chloride anion, bromide anion, iodide anion or astatide anion.

본 명세서에서 사용되는 용어 "금속 할로겐화물 페로브스카이트"는 화학식이 하나 이상의 금속 양이온 및 하나 이상의 할로겐화물 음이온을 포함하는 페로브스카이트를 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "유기금속 할로겐화물 페로브스카이트"은 화학식이 하나 이상의 유기 양이온을 포함하는 금속 할로겐화물 페로브스카이트를 의미한다.As used herein, the term “metal halide perovskite” refers to a perovskite whose chemical formula includes at least one metal cation and at least one halide anion. As used herein, the term "organometal halide perovskite" refers to a metal halide perovskite whose formula contains one or more organic cations.

용어 "유기 재료"는 당업계에서의 정상적인 의미를 갖는다. 전형적으로, 유기 재료는 탄소 원자를 포함하는 하나 이상의 화합물을 포함하는 재료를 의미한다. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 유기 화합물은 다른 탄소 원자, 또는 수소 원자, 또는 할로겐 원자, 또는 칼코겐 원자(예를 들면, 산소 원자, 황 원자, 셀레늄 원자, 또는 텔루륨 원자)에 공유 결합된 탄소 원자를 포함할 수 있다. 당업자는 용어 "유기 화합물"이 전형적으로, 예를 들면, 탄화물과 같은 주로 이온성인 화합물을 포함하지 않는다는 것을 이해할 것이다. The term "organic material" has its normal meaning in the art. Typically, an organic material means a material comprising one or more compounds containing carbon atoms. As will be appreciated by those skilled in the art, organic compounds are covalently bonded to another carbon atom, or a hydrogen atom, or a halogen atom, or a chalcogen atom (eg, an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or a tellurium atom). may contain carbon atoms. Those skilled in the art will understand that the term "organic compound" typically does not include compounds that are primarily ionic, such as carbides, for example.

용어 "유기 양이온"은 탄소를 포함하는 양이온을 의미한다. 양이온운 추가의 원소를 포함할 수 있고, 예를 들면, 양이온은 수소, 질소 또는 산소를 포함할 수 있다. 용어 "무기 양이온"은 유기 양이온이 아닌 양이온을 의미한다. 기본적으로, 용어 "무기 양이온"은 탄소를 포함하지 않은 양이온을 의미한다. The term "organic cation" means a cation comprising carbon. Cations may contain additional elements, for example, cations may include hydrogen, nitrogen or oxygen. The term "inorganic cation" means a cation that is not an organic cation. Basically, the term "inorganic cation" means a cation that does not contain carbon.

본 명세서에서 사용되는 용어 "반도체"는 전도체와 유전체 사이의 중간 크기의 전기 전도도를 갖는 재료를 의미한다. 반도체는 n형 반도체, p형 반도체 또는 고유 반도체일 수 있다. As used herein, the term "semiconductor" refers to a material having an electrical conductivity intermediate between that of a conductor and a dielectric. The semiconductor may be an n-type semiconductor, a p-type semiconductor or an intrinsic semiconductor.

본 명세서에서 사용되는 용어 "유전체"는 전기 절연체 또는 매우 불량한 전류의 전도체인 재료를 의미한다. 그러므로 용어 유전체는 티타니아와 같은 반도체 재료를 배제한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 유전체는 전형적으로 4.0 eV 이상의 밴드 갭을 갖는 재료를 의미한다(티타니아의 밴드 갭은 약 3.2 eV임.) As used herein, the term “dielectric” refers to a material that is an electrical insulator or very poor conductor of current. The term dielectric therefore excludes semiconductor materials such as titania. As used herein, the term dielectric typically refers to a material having a band gap of 4.0 eV or greater (the band gap of titania is about 3.2 eV).

본 명세서에서 사용되는 용어 "n형"은 정공보다 전자의 농도가 더 큰 외인성 반도체를 포함하는 영역, 층 또는 재료를 의미한다. 그러므로 n형 반도체에서 전자는 다수 캐리어이고, 공공은 소수 캐리어이고, 따라서 이것은 전자 수송 재료이다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 용어 "n형 영역"은 하나 이상의 전자 수송(즉, n형) 재료의 영역을 의미한다. 유사하게 용어 "n형 층"은 전자 수송(즉, n형) 재료의 층을 의미한다. 전자 수송(즉, n형) 재료는 단일 전자 수송 화합물 또는 원소 재료, 또는 2 개 이상의 전자 수송 화합물 또는 원소 재료의 혼합물일 수 있다. 전자 수송 화합물 또는 원소 재료는 도핑되지 않거나 하나 이상의 도펀트 원소로 도핑될 수 있다.As used herein, the term "n-type" refers to a region, layer or material comprising an extrinsic semiconductor in which the concentration of electrons is greater than that of holes. Therefore, in an n-type semiconductor, electrons are majority carriers and vacancies are minority carriers, and thus it is an electron transport material. Accordingly, the term "n-type region" as used herein refers to a region of one or more electron transporting (ie, n-type) materials. Similarly the term "n-type layer" refers to a layer of electron transport (ie n-type) material. The electron transporting (ie, n-type) material can be a single electron transporting compound or elemental material, or a mixture of two or more electron transporting compounds or elemental materials. The electron transport compound or elemental material may be undoped or doped with one or more dopant elements.

본 명세서에서 사용되는 용어 "p형"은 전자보다 정공의 농도가 더 큰 외인성 반도체를 포함하는 영역, 층 또는 재료를 의미한다. p형 반도체에서, 정공은 다수 캐리어이고, 전자는 소수 캐리어이고, 따라서 이것은 정공 수송 재료이다. 그러므로, 본 명세서에서 사용되는 용어 "p형 영역"은 하나 이상의 정공 수송(즉, p형) 재료의 영역을 의미한다. 유사하게 용어 "p형 층"은 정공 수송(즉, p형) 재료의 층을 의미한다. 정공 수송(즉, p형) 재료는 단일 정공 수송 화합물 또는 원소 재료, 또는 2 개 이상의 정공 수송 화합물 또는 원소 재료의 혼합물일 수 있다. 정공 수송 화합물 또는 원소 재료는 도핑되지 않거나 하나 이상의 도펀트 원소로 도핑될 수 있다.As used herein, the term “p-type” refers to a region, layer or material comprising an extrinsic semiconductor in which the concentration of holes is greater than that of electrons. In a p-type semiconductor, holes are the majority carriers and electrons are the minority carriers, so it is a hole transport material. Therefore, the term “p-type region” as used herein refers to a region of one or more hole transporting (ie, p-type) materials. Similarly the term “p-type layer” means a layer of hole transporting (ie p-type) material. The hole transporting (ie, p-type) material can be a single hole transporting compound or elemental material, or a mixture of two or more hole transporting compounds or elemental materials. The hole transport compound or elemental material may be undoped or doped with one or more dopant elements.

본 명세서에서 사용되는 용어 "밴드 갭"은 재료 내에서 가전자 밴드의 최상부와 전도 밴드의 최하부 사이의 에너지 차이를 의미한다. 당업자는 과도한 실험을 하지 않고 재료의 밴드 갭을 용이하게 측정할 수 있다.As used herein, the term “band gap” refers to the energy difference between the top of the valence band and the bottom of the conduction band within a material. One skilled in the art can readily measure the band gap of a material without undue experimentation.

본 명세서에서 사용되는 용어 "층"은 (예를 들면, 실질적으로 2 개의 수직 방향으로 연장되지만 제 3 수직 방향으로의 연장은 제한되는) 박판 형태의 임의의 구조를 의미한다 층은 층의 범위에 걸쳐 변화하는 두께를 가질 수 있다. 전형적으로, 층은 대략 일정한 두께를 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 층의 "두께"는 층의 평균 두께를 의미한다. 층의 두께는, 예를 들면, 필름의 단면의 전자 현미경법과 같은 현미경법을 사용함으로써, 또는, 예를 들면, 스타일러스 프로파일로미터를 사용하는 표면형상측정법에 의해 용이하게 측정될 수 있다.As used herein, the term “layer” refers to any structure in the form of a sheet (e.g., extending substantially in two perpendicular directions but limiting extension in a third vertical direction). may have a thickness that varies throughout. Typically, the layer has an approximately constant thickness. As used herein, "thickness" of a layer means the average thickness of the layer. The thickness of the layer can be readily measured, for example, by using a microscopy method such as electron microscopy of a cross-section of the film, or by protometry using, for example, a stylus profilometer.

본 명세서에서 사용되는 용어 "다공질"은 내부에 공극이 배치되어 있는 재료를 의미한다. 따라서, 예를 들면, 다공질 재료에서 공극은 재료의 물체 내에서 재료가 없는 곳의 체적이다. 개개의 공극은 동일한 크기 또는 상이한 크기일 수 있다. 공극의 크기는 "공극 크기"로서 정의된다. 다공질 고체가 관여하는 대부분의 현상에 대해 공극의 제한 크기는 임의의 추가적인 정밀성이 없는 경우에 공극의 폭으로서 지칭되는 최소 치수의 제한 크기이다(즉, 슬릿 형상의 공극의 폭, 원통형 또는 구형 공극의 직경, 등). 원통형 공극과 슬릿형 공극을 비교하는 경우에 오해의 소지가 있는 변화를 방지하기 위해 원통형 공극의 직경을 그 "공극 폭"으로 사용해야 한다(Rouquerol, J. et al, (1994) Recommendations for the characterization of porous solids (Technical Report). Pure and Applied Chemistry, 66(8)). 다음의 구분 및 정의가 이전 IUPAC 문헌에서 채택되었다(J. Haber. (1991) Manual on catalyst characterization(Recommendations 1991). Pure and Applied Chemistry.): 마이크로공극은 2 nm보다 작은 폭(즉, 공극 크기)를 가지며; 메조공극은 2 nm 내지 50 nm의 폭(즉, 공극 크기)을 가지며; 매크로공극은 50 nm를 초과하는 폭(즉, 공극 크기)를 갖는다. 또한, 나노공극은 1 nm 미만의 폭(즉, 공극 크기)을 가지는 것으로 간주될 수 있다.As used herein, the term "porous material" refers to a material in which pores are arranged. Thus, for example, in a porous material, voids are the volumes where there is no material within a body of material. Individual pores may be of the same size or of different sizes. The size of the pores is defined as "pore size". For most phenomena involving porous solids, the limiting size of a pore is the limiting size of the smallest dimension referred to as the width of a pore in the absence of any additional precision (i.e., the width of a slit-shaped pore, the size of a cylindrical or spherical pore). diameter, etc). When comparing cylindrical and slit pores, the diameter of the cylindrical pores should be used as their "pore width" to avoid misleading variations (Rouquerol, J. et al, (1994) Recommendations for the characterization of Porous solids (Technical Report. Pure and Applied Chemistry, 66(8)). The following classification and definition have been adopted in the previous IUPAC literature (J. Haber. (1991) Manual on catalyst characterization (Recommendations 1991). Pure and Applied Chemistry.): A micropore is a width smaller than 2 nm (i.e., pore size). has; The mesopores have a width (ie, pore size) of 2 nm to 50 nm; The macropores have a width (ie pore size) greater than 50 nm. Nanopores can also be considered to have a width (ie, pore size) of less than 1 nm.

재료 내의 공극은 "폐쇄된" 공극 뿐만 아니라 개방된 공극을 포함할 수 있다. 폐쇄된 공극은 재료 내의 연결되지 않은 공동인 공극, 즉 재료 내에서 고립되어 있고, 임의의 다른 공극에 연결되어 있지 않고, 따라서 재료에 노출되어 있는 유체가 접근할 수 없는 공극이다. 다른 한편 "개방된 공극"은 이러한 유체가 접근가능하다. 개방된 공극과 폐쇄된 공극의 개념은 J. Rouquerol 등에서 상세히 논의되었다. Voids within a material may include open as well as "closed" voids. Closed voids are voids that are unconnected cavities in a material, ie, voids that are isolated within the material, not connected to any other voids, and thus inaccessible to fluids exposed to the material. On the other hand, "open pores" are accessible to these fluids. The concepts of open and closed pores are discussed in detail in J. Rouquerol et al.

그러므로, 개방된 다공성은 유체 유동이 효과적으로 발생할 수 있는 다공질 재료의 총 체적의 분율을 의미한다. 그러므로 이는 폐쇄된 공극을 배제한다. 용어 "개방된 공극"은 용어 "연결된 공극" 및 "유효 공극"과 상호 교환가능하며, 본 기술분야에서 간단히 "공극"으로 축약된다. 그러므로 본 명세서에서 사용되는 용어 "개방된 공극이 없다"고 함은 유효 공극이 없다는 것을 의미한다. 따라서, 개방된 공극이 없는 재료는 전형적으로 매크로공극 및 메조공극을 가지지 않는다. 그러나, 개방된 공극이 없는 재료는 마이크로공극 및 나노공극을 가질 수 있다. 이러한 마이크로공극 및 나노공극은 전형적으로 너무 작아서 공극이 작은 것이 바람직한 재료에 부정적인 영향을 미치지 않는다.Thus, open porosity means the fraction of the total volume of a porous material in which fluid flow can effectively occur. Therefore, it excludes closed voids. The term "open voids" is interchangeable with the terms "connected voids" and "effective voids" and is abbreviated to simply "voids" in the art. Therefore, the term “free of open pores” as used herein means that there are no effective pores. Accordingly, materials without open pores typically do not have macropores and mesopores. However, materials without open pores may have micropores and nanopores. These micro- and nanopores are typically so small that they do not adversely affect materials where small pores are desirable.

또한, 다결정질 재료는 재료 내의 임의의 2 개의 미결정 또는 결정립 사이의 계면에 결정립계를 갖는 다수의 별개의 미결정 또는 결정립으로 구성된 고체이다. 그러므로 다결정질 재료는 입자간/격자간 공극 및 입자내/체내 공극의 둘 모두를 가질 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "입자간 공극" 및 "격자간 공극"은 다결정질 재료의 미결정 또는 결정립 사이(즉, 결정립계)의 공극을 의미하고, 본 명세서에서 사용되는 용어 "입자내 공극" 및 "체내 공극"은 다결정질 재료의 개개의 미결정 또는 결정립 내의 공극을 의미한다. 대조적으로, 단일 결정 또는 단결정질 재료는 결정 격자가 재료의 체적의 전체를 통해 연속적이고 중단되지 않으므로 결정립계가 없고, 입자간/격자간 공극이 없는 고체이다.Also, a polycrystalline material is a solid composed of a number of discrete microcrystals or grains with a grain boundary at the interface between any two microcrystals or grains in the material. Therefore, polycrystalline materials can have both intergranular/interstitial voids and intraparticle/interstitial voids. As used herein, the terms "voids between grains" and "voids between lattices" refer to voids between microcrystals or crystal grains (i.e., grain boundaries) of a polycrystalline material, and the terms "voids within particles" and "voids between grains" are used herein. By "pores in the body" is meant pores within individual crystallites or grains of a polycrystalline material. In contrast, a single crystal or single crystalline material is a solid with no grain boundaries and no intergranular/interstitial voids as the crystal lattice is continuous and uninterrupted throughout the entire volume of the material.

본 명세서에서 사용되는 용어 "컴팩트 층"은 메조공극 또는 매크로공극을 갖지 않는 층을 의미한다. 컴팩트 층은 경우에 따라 마이크로공극 또는 나노공극을 가질 수도 있다.As used herein, the term "compact layer" refers to a layer having no mesopores or macropores. The compact layer may have micropores or nanopores depending on the case.

본 명세서에서 사용되는 용어 "스캐폴드 재료"는 추가의 재료를 위한 지지체로서 작용할 수 있는 재료를 의미한다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어 "다공질 스캐폴드 재료"는 그 자체가 다공질이며, 추가의 재료를 위한 지지체로서 작용할 수 있는 재료를 의미한다.As used herein, the term “scaffold material” refers to a material that can act as a support for additional materials. Accordingly, the term "porous scaffold material" as used herein refers to a material that is itself porous and can act as a support for additional materials.

본 명세서에서 사용되는 용어 "투명한"은 뒤쪽의 물체가 명확히 보일 수 있도록 거의 방해없이 광을 통과시킬 수 있는 재료 또는 물체를 의미한다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 용어 "반투명한"은 투명한 재료 또는 물체와 불투명한 재료 또는 물체 사이의 중간으로 광을 전달하는 투과율(대안적으로 그리고 등가적으로는 투과도로 지칭됨)을 갖는 재료 또는 물체를 의미한다. 전형적으로, 투명한 재료는 광에 대해 약 100%, 또는 90 내지 100%의 평균 투과율을 갖는다. 전형적으로, 불투명한 재료는 광에 대해 약 0%, 또는 0 내지 5%의 평균 투과율을 갖는다. 전형적으로 반투명한 재료 또는 물체는 광에 대해 10 내지 90%, 전형적으로는 40 내지 60%의 평균 투과율을 갖는다. 많은 반투명체(translucent object)와 달리, 반-투명한 물체는 전형적으로 이미지를 왜곡하거나 블러링(blurring)하지 않는다. 광의 투과율은 일반적인 방법을 사용하여, 예를 들면, 입사광의 강도와 투과광의 강도를 비교함으로써 측정될 수 있다.As used herein, the term "transparent" refers to a material or object that allows light to pass through with little obstruction so that objects behind it can be clearly seen. Thus, as used herein, the term “translucent” refers to a material having a transmittance (alternatively and equivalently referred to as transmittance) that transmits light intermediately between a transparent material or object and an opaque material or object, or means an object. Typically, transparent materials have an average transmittance for light of about 100%, or 90 to 100%. Typically, opaque materials have an average transmittance to light of about 0%, or 0 to 5%. Typically translucent materials or objects have an average transmittance to light of 10 to 90%, typically 40 to 60%. Unlike many translucent objects, translucent objects typically do not distort or blur images. The transmittance of light can be measured using a general method, for example, by comparing the intensity of incident light with the intensity of transmitted light.

본 명세서에서 사용되는 용어 "전극"은 어떤 물체, 물질 또는 영역에 전류를 출입시키는 전도성 재료 또는 물체를 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "음의 전극"은 재료 또는 물체로부터 방출되는 전자가 통과하는 전극(즉, 전자 수집 전극)을 의미한다. 음의 전극은 전형적으로 "애노드"로 지칭된다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "양의 전극"은 재료 또는 물체로부터 방출되는 정공이 통과하는 전극(즉, 정공 수집 전극)을 의미한다. 양의 전극은 전형적으로 "캐소드"로 지칭된다. 광기전 디바이스 내에서, 전자는 양의 전극/캐소드로부터 음의 전극/애노드로 흐르고, 반면에 정공은 음의 전극/애노드로부터 양의 전극/캐소드로 흐른다.As used herein, the term “electrode” refers to a conductive material or object that allows electrical current to enter or exit an object, substance or area. As used herein, the term “negative electrode” refers to an electrode through which electrons emitted from a material or object pass (ie, an electron collecting electrode). The negative electrode is typically referred to as the "anode". As used herein, the term “positive electrode” refers to an electrode through which holes emitted from a material or object pass (ie, a hole collecting electrode). The positive electrode is typically referred to as the "cathode". Within a photovoltaic device, electrons flow from the positive electrode/cathode to the negative electrode/anode, while holes flow from the negative electrode/anode to the positive electrode/cathode.

본 명세서에서 사용되는 용어 "전면 전극(front electrode)"은 태양광에 노출되도록 의도된 광기전 디바이스의 일면 또는 표면 상에 제공된 전극을 의미한다. 따라서 전면 전극은 이 전극을 통해 이 전면 전극의 직하에 제공된 광활성 층까지 빛을 통과시킬 수 있도록 투명하거나 반-투명해야 한다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어 "후면 전극"은 태양광에 노출되도록 의도된 일면 또는 표면의 반대측의 광기전 디바이스의 일면 또는 표면 상에 제공된 전극을 의미한다.As used herein, the term "front electrode" means an electrode provided on one side or surface of a photovoltaic device that is intended to be exposed to sunlight. Therefore, the front electrode must be transparent or semi-transparent to allow light to pass through the electrode to the photoactive layer provided directly below the front electrode. Accordingly, the term "back electrode" as used herein means an electrode provided on one side or surface of the photovoltaic device opposite the side or surface intended to be exposed to sunlight.

용어 "전하 전도체"는 전하 캐리어(즉, 전하를 운반하는 입자)가 자유롭게 통과하는 영역, 층 또는 재료를 의미한다. 반도체에서, 전자는 가동성 음의 전하 캐리어로 작용하며, 정공은 가동성 양의 전하로 작용한다. 따라서, 용어 "전자 전도체"는 전자가 용이하게 흐를 수 있는, 그리고 전형적으로 정공(정공은 반도체에서 양의 전하의 가동성 캐리어로서 간주되는 전자가 없는 것)을 반사할 수 있는 영역, 층 또는 재료를 의미한다. 역으로, 용어 "정공 전도체"는 정공이 용이하게 흐를 수 있는, 그리고 전형적으로 전자를 반사할 수 있는 영역, 층 또는 재료를 의미한다.The term "charge conductor" means a region, layer or material through which charge carriers (ie, charge-carrying particles) freely pass. In semiconductors, electrons act as mobile negative charge carriers and holes act as mobile positive charges. Accordingly, the term “electron conductor” refers to a region, layer or material through which electrons can readily flow and which can typically reflect holes (holes are electron-free which are considered mobile carriers of positive charge in semiconductors). it means. Conversely, the term "hole conductor" refers to a region, layer or material through which holes can readily flow, and which can typically reflect electrons.

용어 "본질적으로 구성된다"는 다른 성분이 조성의 본질적 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않는다면 이 다른 성분 뿐만 아니라 본질적 성분을 포함하는 조성을 의미한다. 전형적으로, 본질적으로 특정 성분으로 이루어지는 조성물은 그 성분을 95 wt% 이상 또는 99 wt% 이상 포함한다.The term "consisting essentially of" means a composition that includes essential components as well as other components, provided that the other components do not materially affect the essential properties of the composition. Typically, a composition consisting essentially of a particular component comprises at least 95 wt % or at least 99 wt % of that ingredient.

본 명세서에서 사용되는 용어 "휘발성 화합물"은 증발 또는 분해에 의해 쉽게 제거되는 화합물을 의미한다. 예를 들면, 150℃ 이하, 또는 예를 들면, 100℃ 이하의 온도에서 증발 또는 분해에 의해 쉽게 제거되는 화합물은 휘발성 화합물일 것이다. "휘발성 화합물"은 또한 분해 생성물을 통한 증발에 의해 쉽게 제거되는 화합물을 포함한다. 따라서, 휘발성 화합물 X는 X의 분자의 증발을 통해 쉽게 증발할 수 있거나, 또는 휘발성 화합물 X는 분해에 의해 쉽게 증발하여 쉽게 증발하는 2 개의 화합물 Y 및 Z를 형성할 수 있다. 예를 들면, 암모늄 염은 휘발성 화합물일 수 있고, 암모늄 염의 분자로서, 또는 분해 생성물, 예를 들면, 암모늄 및 수소 화합물(예를 들면, 수소 할로겐화물)로서 증발할 수 있다. 따라서, 휘발성 화합물 X는 비교적 높은 증기압(예를 들면, 500 Pa 이상) 또는 비교적 높은 분해압(예를 들면, 하나 이상의 분해 생성물에 대해 500 Pa 이상)(이것은 해리압이라고도 지칭될 수 있음)을 가질 수 있다.As used herein, the term “volatile compound” refers to a compound that is readily removed by evaporation or decomposition. For example, compounds that are readily removed by evaporation or decomposition at temperatures below 150°C, or for example below 100°C, will be volatile compounds. “Volatile compounds” also include compounds that are readily removed by evaporation through decomposition products. Thus, volatile compound X can readily evaporate through evaporation of molecules of X, or volatile compound X can readily evaporate by decomposition to form two readily evaporating compounds Y and Z. For example, an ammonium salt may be a volatile compound and may evaporate either as a molecule of the ammonium salt or as a decomposition product such as ammonium and a hydrogen compound (eg, a hydrogen halide). Thus, the volatile compound X has a relatively high vapor pressure (e.g., greater than 500 Pa) or relatively high decomposition pressure (e.g., greater than 500 Pa for one or more decomposition products), which may also be referred to as dissociation pressure. can

본 명세서에서 사용되는 용어 "거칠기"는 표면 또는 연부의 텍스처 및 이것이 불평탄하거나 불규칙한 정도(따라서 평활성 또는 규칙성의 결핍의 정도)를 의미한다. 표면의 거칠기는 평균 표면에 전형적으로 수직인 방향으로 표면의 편차의 임의의 척도에 의해 정량화될 수 있다. 거칠기의 척도로서, 거칠기 평균 또는 평균 거칠기(Ra)는 표면 프로파일의 특정 기준 또는 샘플링 길이 내에서 직선으로부터의 모든 편차의 절대값의 산술 평균이다. 거칠기의 대안적 척도인 평균제곱근 거칠기(Rrms또는 Rq)는 표면 프로파일의 특정 기준 또는 샘플링 길이 내에서 직선으로부터의 모든 편차의 값의 평균제곱근이다.As used herein, the term "roughness" refers to the texture of a surface or edge and the degree to which it is uneven or irregular (and thus lacks smoothness or regularity). Roughness of a surface can be quantified by any measure of the deviation of the surface in a direction typically perpendicular to the mean surface. As a measure of roughness, the roughness average or average roughness (R a ) is the arithmetic mean of the absolute values of all deviations from a straight line within a specified criterion or sampling length of a surface profile. An alternative measure of roughness, root mean square roughness (R rms or R q ) is the root mean square of the values of all deviations from a straight line within a specified criterion or sampling length of a surface profile.

본 명세서에서 사용되는 용어 "양면형"은 전면의 태양 노출면 및 후면의 양면을 통해 광을 수집하여 전기를 생성하는 광기전 디바이스/태양 전지/서브-셀을 의미한다. 양면형 디바이스/셀은 직사 태양광 뿐만 아니라 확산광 및 반사광을 사용하여 전력 이득을 얻는다. 대조적으로, 용어 "단면"은 전면의 태양 노출면을 통해서만 광을 수집하여 전기를 생성하는 광기전 디바이스/태양 전지/서브-셀을 의미한다.As used herein, the term "bifacial" refers to a photovoltaic device/solar cell/sub-cell that generates electricity by collecting light through both the front, sun-exposed side and the back side. Bifacial devices/cells use direct sunlight as well as diffuse and reflected light to gain power. In contrast, the term "single-sided" refers to a photovoltaic device/solar cell/sub-cell that collects light only through its front, sun-exposed side to generate electricity.

본 명세서에서 사용되는 용어 "공형(conform)"은 다른 물체와 실질적으로 동일한 형태 또는 형상을 갖는 물체를 의미한다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 "공형의 층"은 이 층이 형성되는 표면의 윤곽에 공형인 재료의 층을 의미한다. 다시 말하면, 층의 형태는 층의 두께가 층과 이 층이 형성되는 표면 사이의 대부분의 계면을 가로질러 거의 일정하게 되는 형태이다.As used herein, the term "conform" means an object having substantially the same shape or shape as another object. Accordingly, "conformal layer" as used herein refers to a layer of material that is conformal to the contours of the surface on which it is formed. In other words, the shape of the layer is such that the thickness of the layer is approximately constant across most of the interface between the layer and the surface on which it is formed.

디바이스device 구조 - 일반 structure - general

도 1은 페로브스카이트 재료를 포함하는 광활성 영역을 포함하는 제 1/최상부 서브-셀(110)을 포함하는 일체로 집적된 다접합형 광기전 디바이스(100)를 개략적으로 도시하고, 제 2/최하부 서브-셀(120)은 실리콘 헤테로접합(SHJ)을 포함한다. 본 다접합형 광기전 디바이스(100)는 일체로 집적된 구조를 가지며, 따라서 단지 2 개의 전극, 전면/제 1 전극(101) 및 후면/제 2 전극(102)을 포함하고, 이들 2 개의 전극 사이에 제 1/최상부 서브-셀(110) 및 제 2/최하부 서브-셀(120)이 배치된다. 특히, 제 1 서브-셀(110)은 제 1/전면 전극(101)과 접촉하고, 제 2 서브-셀(120)은 제 2/후면 전극(102)과 접촉한다. 일체로 집적된 다접합형 광기전 디바이스(100)는 또한 최상부 콘택(미도시)으로서 전면/제 1 전극(101)의 최상부 표면 상에 금속 그리드를 전형적으로 포함한다. 예로서, 최상부 콘택은 은 및/또는 구리 페이스트의 스크린 인쇄에 의해 형성되는 금속 그리드 또는 핑거를 구비할 수 있다.1 schematically illustrates an integrally integrated multi-junction photovoltaic device 100 comprising a first/top sub-cell 110 comprising a photoactive region comprising a perovskite material, and a second /The lowermost sub-cell 120 includes a silicon heterojunction (SHJ). The present multi-junction type photovoltaic device 100 has an integrally integrated structure, and thus includes only two electrodes, a front/first electrode 101 and a rear/second electrode 102, these two electrodes The first/top sub-cell 110 and the second/bottom sub-cell 120 are disposed in between. In particular, the first sub-cell 110 contacts the first/front electrode 101 and the second sub-cell 120 contacts the second/back electrode 102 . The integrally integrated multi-junction photovoltaic device 100 also typically includes a metal grid on the top surface of the front/first electrode 101 as a top contact (not shown). As an example, the top contact may have a metal grid or fingers formed by screen printing of silver and/or copper paste.

또한, 일체로 집적된 구조가 단지 2 개의 전극을 포함하므로, 제 1 서브-셀(110) 및 제 2 서브-셀(120)은 하나 이상의 상호접속층을 포함하는 중간 영역(130)에 의해 서로 연결된다. 예를 들면, 상호접속층(들)은 재결합 층과 터널 접합 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 일체로 집적된 다접합형 광기전 디바이스에서 개별 서브-셀은 전기적으로 직렬 접속되며, 그 결과 서브-셀들 사이에 재결합층 또는 터널 접합 및 전류 매칭이 필요하다. Also, since the integrally integrated structure includes only two electrodes, the first sub-cell 110 and the second sub-cell 120 are interconnected by an intermediate region 130 comprising one or more interconnection layers. Connected. For example, the interconnect layer(s) may include either a recombination layer or a tunnel junction. In an integrally integrated multijunction type photovoltaic device, individual sub-cells are electrically connected in series, and as a result recombination layers or tunnel junctions and current matching are required between the sub-cells.

제 1 서브-셀의 광활성 영역(110) 내의 페로브스카이트 재료는 광활성 영역 내에서 광흡수재(즉, 감광제)로서 기능하도록 구성된다. 따라서, 다접합형 디바이스 내의 최상부 서브-셀로서, 페로브스카이트 재료는 1.50eV 내지 1.75eV, 더 바람직하게는 1.65eV 내지 1.70eV의 밴드 갭을 갖는 것이 바람직하다. 실리콘 헤테로접합(SHJ)을 포함하는 제 2 서브-셀은 약 1.1 eV의 밴드 갭을 갖는 것이 바람직하다.The perovskite material in the photoactive region 110 of the first sub-cell is configured to function as a light absorber (ie, photoresist) within the photoactive region. Therefore, as the uppermost sub-cell in the multi-junction type device, the perovskite material preferably has a band gap of 1.50 eV to 1.75 eV, more preferably 1.65 eV to 1.70 eV. The second sub-cell comprising a silicon heterojunction (SHJ) preferably has a band gap of about 1.1 eV.

또한, 제 1 서브-셀의 광활성 영역(110) 내의 페로브스카이트 재료는 전하 수성을 제공하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 페로브스카이트 재료는 광흡수재(즉, 감광제)로서 뿐만 아니라 n형, p형 또는 고유(i형) 반도체 재료(전하 전도체)로서 작용할 수 있다. 따라서 페로브스카이트 재료는 감광제 및 n형 반도체 재료의 둘 모두로서 작용할 수 있다. 따라서 페로브스카이트 재료는 광흡수 및 장범위 전하 수송의 역할을 모두 담당할 수 있다.In addition, the perovskite material in the photoactive region 110 of the first sub-cell may be configured to provide charge acceptance. In this regard, the perovskite material can act as a light absorber (ie photosensitizer) as well as an n-type, p-type or intrinsic (i-type) semiconductor material (charge conductor). Thus, perovskite materials can act as both photosensitizers and n-type semiconductor materials. Therefore, perovskite materials can play both roles of light absorption and long-range charge transport.

도 2는 실리콘 헤테로접합(SHJ)을 포함하는 제 2/최하부 서브-셀(120)의 일 실시례를 개략적으로 도시한다. 이와 관련하여, 용어 실리콘 헤테로접합(SHJ)은 광활성 흡수재로서 결정질 실리콘(c-Si) 웨이퍼(121) 및 접합 형성 및 표면 부동태화를 위해 비정질 실리콘(a-Si) 박막(122, 123, 124, 125)를 사용하는 비정질 실리콘/결정질 실리콘 헤테로접합을 의미한다. 실리콘 헤테로접합(SHJ)은 때때로 진성 비정질 실리콘(a-Si)의 임의의 박층이 부동태화/버퍼 층으로서 제공되는 경우에 진성 박층을 갖는 헤테로접합으로도 지칭된다. 따라서 실리콘 헤테로접합(SHJ)은 전형적으로 p형 a-Si 이미터(122), 진성 a-Si 부동태화/버퍼 층(123), n형 c-Si 광활성 흡수재(121), 다른 진성 a-Si 부동태화/버퍼 층(124), 및 n형 a-Si로 제조된 이면전계(BSF) 층(125)을 포함한다. 선택적으로, 실리콘 헤테로접합(SHJ)은 이면전계(BSF) 층(125)과 후면 전극(102) 사이에 투명한 전도성 산화물(TCO)(예를 들면, ITO)(126)의 층을 더 포함할 수 있다. 이 후면의 TCO의 층은 후면에서 내부 반사율을 증가시켜 적외선 응답을 최대화하는데 도움을 준다. 2 schematically illustrates one embodiment of a second/bottom sub-cell 120 comprising a silicon heterojunction (SHJ). In this regard, the term silicon heterojunction (SHJ) refers to a crystalline silicon (c-Si) wafer 121 as a photoactive absorber and amorphous silicon (a-Si) thin films 122, 123, 124, 125) means an amorphous silicon/crystalline silicon heterojunction. A silicon heterojunction (SHJ) is sometimes also referred to as a heterojunction with a thin intrinsic layer when any thin layer of intrinsic amorphous silicon (a-Si) is provided as a passivation/buffer layer. Thus, a silicon heterojunction (SHJ) typically consists of a p-type a-Si emitter (122), an intrinsic a-Si passivation/buffer layer (123), an n-type c-Si photoactive absorber (121), another intrinsic a-Si a passivation/buffer layer 124, and a back surface field (BSF) layer 125 made of n-type a-Si. Optionally, the silicon heterojunction (SHJ) may further include a layer of transparent conductive oxide (TCO) (eg, ITO) 126 between the back surface field (BSF) layer 125 and the back electrode 102. there is. A layer of TCO on this backside helps to maximize the infrared response by increasing the internal reflectance at the backside.

제 2/최하부 서브-셀(120)로서 실리콘 헤테로접합(SHJ)을 사용하면 많은 이점이 있다. 첫째, 실리콘 헤테로접합(SHJ) 기술을 기반으로 하는 단접합형 태양 전지는 25%를 초과하는 기록 에너지 변환 효율을 달성하는 것으로 밝혀졌으며, 이는 고효율을 달성하기 위해 실리콘 헤테로접합(SHJ)을 포함하는 다접합형 디바이스에 대한 잠재력을 최대화한다. 둘째, 실리콘 헤테로접합(SHJ)이 p형 a-Si 이미터(122)를 갖는 n형 c-Si 광활성 흡수재(121)를 사용하므로, 기판으로서 제 2 서브-셀(120) 상에 페로브스카이트 기반의 제 1 서브-셀(110)을 형성하는 것은 n형 층의 침착에 의해 개시되고, 다음에 페로브스카이트 재료 및 p형 층이 순차적으로 침착되며, 본 발명자들은 이것이 일체로 집적된 페로브스카이트-온-실리콘 다접합형 광기전 디바이스를 처리할 때 이점이 있음을 발견하였다.There are many advantages to using a silicon heterojunction (SHJ) as the second/bottom sub-cell 120 . First, monojunction solar cells based on silicon heterojunction (SHJ) technology have been found to achieve record energy conversion efficiencies exceeding 25%, which is achieved by using silicon heterojunction (SHJ) to achieve high efficiency. Maximize potential for multi-junction devices. Second, since the silicon heterojunction (SHJ) uses an n-type c-Si photoactive absorber 121 with a p-type a-Si emitter 122, a perovskite layer on the second sub-cell 120 as a substrate Formation of the first sub-cell 110 based on a single layer is initiated by the deposition of an n-type layer, then a perovskite material and a p-type layer are sequentially deposited, and the present inventors believe that this integrally integrated It has been found to be advantageous when processing perovskite-on-silicon multijunction photovoltaic devices.

다음에 도 3a 내지 도 3f는 광활성 페로브스카이트 재료를 포함하는 제 1/최상부 서브-셀(110)의 다양한 실시례를 개략적으로 도시한다.3A-3F next schematically depict various embodiments of a first/top sub-cell 110 comprising a photoactive perovskite material.

도 3a 및 도 3b에서, 광기전 디바이스(100)의 제 1/최상부 서브-셀(110)은 다공질 영역(114)을 포함하고, 다공질 영역(114)은 n형 영역(111)과 p형 영역(112) 사이에 배치되는 다공질 스캐폴드 재료(115)와 접촉하는 화학식 (I)의 페로브스카이트 재료의 층(113)을 포함한다. 이러한 구조에서, 페로브스카이트 재료(113)의 층은 다공질 스캐폴드 재료(115) 상의 코팅으로서 제공되고, 이를 통해 다공질 스캐폴드의 표면 상에 실질적으로 공형의 층을 형성하므로 페로브스카이트 재료(113)는 다공질 스캐폴드의 공극 내에 배치된다. p형 영역(112)은 다공질 영역(114)의 공극(즉, 페로브스카이트 코팅된 다공질 스캐폴드의 공극)을 채우는, 그리고 다공질 재료 상에 캐핑 층을 형성하는 전하 수송 재료를 포함한다. 이와 관련하여, 전하 수송 재료의 캐핑 층은 개방된 공극을 갖지 않는 전하 수송 재료의 층으로 이루어진다. 3A and 3B, the first/top sub-cell 110 of the photovoltaic device 100 includes a porous region 114, wherein the porous region 114 comprises an n-type region 111 and a p-type region. and a layer (113) of perovskite material of formula (I) in contact with a porous scaffold material (115) disposed between (112). In this structure, the layer of perovskite material 113 is provided as a coating on the porous scaffold material 115, thereby forming a substantially conformal layer on the surface of the porous scaffold and thus the perovskite material 113 is disposed within the pores of the porous scaffold. The p-type region 112 contains a charge transport material that fills the pores of the porous region 114 (ie, the pores of the perovskite-coated porous scaffold) and forms a capping layer on the porous material. In this regard, the capping layer of charge transport material consists of a layer of charge transport material having no open pores.

도 3a에서, 도시된 광기전 디바이스(100)는 극박의 흡수재(ETA) 셀 아키텍처로 지칭되는 것을 가지며, 여기서 광활성 페로브스카이트 재료의 극박의 층은 나노구조의 침입형 n형(예를 들면, TiO2)과 p형 반도체(예를 들면, HTM) 사이의 계면에 제공된다. 이러한 구성에서, 제 1/최상부 서브-셀(110) 내의 다공질 스캐폴드 재료(115)는 반도체/전하 수송 재료를 포함한다.In FIG. 3A , the illustrated photovoltaic device 100 has what is referred to as an ultrathin absorber (ETA) cell architecture, in which ultrathin layers of photoactive perovskite material are nanostructured interstitial n-type (e.g. , TiO2) and a p-type semiconductor (e.g., HTM). In this configuration, the porous scaffold material 115 in the first/top sub-cell 110 comprises a semiconductor/charge transport material.

도 3b에서, 도시된 제 1/최상부 서브-셀(110)는 메조-수퍼스트럭처의 태양 전지(MSSC) 아키텍처로 지칭되는 것을 가지며, 여기서 광활성 페로브스카이트 재료의 극박의 층은 메조다공질 절연성 스캐폴드 재료 상에 제공된다. 이러한 구성에서, 제 1/최상부 서브-셀(110) 내의 다공질 스캐폴드 재료(115)는 유전체 재료(예를 들면, Al2O3)를 포함한다.In FIG. 3B , the first/top sub-cell 110 shown has what is referred to as a meso-superstructured solar cell (MSSC) architecture, in which an ultrathin layer of photoactive perovskite material is a mesoporous insulating scab. Provided on fold material. In this configuration, the porous scaffold material 115 in the first/top sub-cell 110 includes a dielectric material (eg, Al 2 O 3 ).

도 3c에서, 제 1/최상부 서브-셀(110)은 개방된 공극을 갖지 않는 화학식 (I)의 페로브스카이트 재료의 층(113)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 개방된 공극을 갖지 않는 재료는 전형적으로 매크로공극 및 메조공극을 갖지 않지만 마이크로공극 및 나노공극을 가질 수 있다(따라서 결정간 공극을 가질 수 있음). 따라서 페로브스카이트 재료의 층(113)은 n형 영역(111) 및 p형 영역(112) 중 하나 또는 둘 모두를 갖는 평면의 헤테로접합을 형성한다. n형 영역(111) 또는 p형 영역(112)는 개방된 공극을 갖지 않는 페로브스카이트 재료(113)의 층 상에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 페로브스카이트 재료(113)의 층이 개방된 공극을 갖지 않으므로 n형 또는 p형 재료는 페로브스카이트 재료에 침투하지 않고, 벌크 헤테로접합을 형성하지 않으며; 오히려 페로브스카이트 재료를 갖는 평면의 헤테로접합을 형성한다. 전형적으로, 개방된 공극을 갖지 않는 페로브스카이트 재료(113)의 층은 n형 영역과 p형 영역의 둘 모두와 접촉하고, 따라서 n형 영역과 p형 영역의 둘 모두와 평면의 헤테로접합을 형성한다. In FIG. 3C , the first/top sub-cell 110 includes a layer 113 of perovskite material of formula (I) with no open pores. As noted above, materials that do not have open pores typically do not have macropores and mesopores, but may have micropores and nanopores (and thus may have intercrystalline pores). Layer 113 of perovskite material thus forms a planar heterojunction with one or both of n-type region 111 and p-type region 112 . The n-type region 111 or the p-type region 112 may be disposed on a layer of perovskite material 113 that does not have open pores. In this regard, since the layer of perovskite material 113 does not have open pores, the n-type or p-type material does not penetrate the perovskite material and does not form a bulk heterojunction; Rather, it forms a planar heterojunction with the perovskite material. Typically, a layer of perovskite material 113 that does not have open pores is in contact with both the n-type and p-type regions, thus creating a planar heterojunction with both the n-type and p-type regions. form

따라서, 도 3c에 도시된 제 1/최상부 서브-셀(110)은 박막의 평면의 헤테로접합형 디바이스 아키텍처를 가지며, 여기서 광활성 페로브스카이트 재료의 고체 박층은 n형(예를 들면, TiO2)과 p형 반도체(예를 들면, HTM) 평면의 층들 사이에 제공된다. 이러한 구성에서, 디바이스는 다공질 스캐폴드 재료를 포함하지 않는다.Thus, the first/top sub-cell 110 shown in FIG. 3C has a thin-film planar heterojunction type device architecture, wherein the solid thin layer of photoactive perovskite material is n-type (eg, TiO 2 ) and p-type semiconductor (e.g., HTM) plane layers. In this configuration, the device does not include porous scaffold material.

다음에 도 3d, 도 3e, 및 도 3f는 도 3a 및 도 3b에 도시된 것과 유사한 제 1/최상부 서브-셀(110)의 실시례를 도시하지만, 페로브스카이트 재료(113)가 다공질 스캐폴드 재료(115)의 표면 상에 실질적인 공형의 층을 형성하지 않고, 페로브스카이트 재료(113)가 다공질 스캐폴드 재료(115) 내에 침투한다. 따라서, 페로브스카이트 재료(113)는 다공질 스캐폴드 재료(115)의 공극을 채우고, 다공질 스캐폴드 재료(115)와 함께 벌크 헤테로접합으로 간주될 수 있는 것을 형성한다. 몇몇 실시례에서, 페로브스카이트 재료(113)는 또한 다공질 스캐폴드 재료(115) 상에 페로브스카이트 재료의 캐핑 층(116)을 형성한다. 전형적으로, 캐핑 층(116)은 개방된 공극을 갖지 않는 페로브스카이트 재료의 층으로 이루어지고, 몇몇 실시례에서, 페로브스카이트 재료 상에 배치되는 전하 수송 영역을 갖는 평면의 헤테로접합을 형성한다.Next, FIGS. 3D, 3E, and 3F show an embodiment of a first/top sub-cell 110 similar to that shown in FIGS. Perovskite material 113 infiltrates into porous scaffold material 115 without forming a substantially conformal layer on the surface of fold material 115 . Thus, the perovskite material 113 fills the pores of the porous scaffold material 115 and together with the porous scaffold material 115 forms what may be considered a bulk heterojunction. In some embodiments, perovskite material 113 also forms capping layer 116 of perovskite material on porous scaffold material 115 . Capping layer 116 typically consists of a layer of perovskite material that does not have open pores, and in some embodiments forms a planar heterojunction with charge transport regions disposed on the perovskite material. form

도 3d에서, 페로브스카이트 재료(113)는 나노구조의 n형(예를 들면, TiO2) 내에 완전히 침투하여, p형 반도체(예를 들면, HTM)와 함께 평면의 헤테로접합을 형성한다. 이러한 구성에서, 제 1/최상부 서브-셀(110) 내의 다공질 스캐폴드 재료(115)는 반도체/전하 수송 재료를 포함한다.In Fig. 3d, the perovskite material 113 completely penetrates into the nanostructured n-type (eg, TiO2), forming a planar heterojunction with the p-type semiconductor (eg, HTM). In this configuration, the porous scaffold material 115 in the first/top sub-cell 110 comprises a semiconductor/charge transport material.

도 3e에 도시된 제 1/최상부 서브-셀(110)은 도 3d에 도시된 것과 실질적으로 동일하지만, 이것은 단지 하나의 전하 수송 영역만을 포함한다. 이와 관련하여, 광활성 페로브스카이트를 포함하는 기능성 광기전 디바이스는 어떠한 정공-전도성 재료도 없이 형성될 수 있으므로 광활성 페로브스카이트가 전극 및/또는 금속 층과 직접 접촉하게 될 수 있다는 것이 밝혀졌다(참조, Etgar, L., Gao, P. & Xue, Z., 2012. Mesoscopic CH3NH3PbI3/TiO2 heterojunction solar cells. J. Am. Chem. Soc., 2012, 134 (42), pp 17396-17399). 이러한 디바이스에서, 광활성 페로브스카이트는 광 수집기 및 정공 전도체의 모두의 역할을 담당하므로 추가의 정공 수종 재료는 불필요하다. 따라서, 도 3e의 제 1/최상부 서브-셀(110)은 p형 영역을 포함하지 않지만, 페로브스카이트 재료(113)는 나노구조의 n형 재료(예를 들면, TiO2)를 완전히 침투한다.The first/top sub-cell 110 shown in FIG. 3E is substantially the same as that shown in FIG. 3D , but it contains only one charge transport region. In this regard, it has been found that functional photovoltaic devices comprising photoactive perovskites can be formed without any hole-conducting materials, so that the photoactive perovskites can come into direct contact with electrodes and/or metal layers. (See Etgar, L., Gao, P. & Xue, Z., 2012. Mesoscopic CH 3 NH 3 PbI 3 /TiO 2 heterojunction solar cells. J. Am. Chem. Soc., 2012, 134 (42), pp 17396-17399). In these devices, the photoactive perovskite serves as both a light collector and a hole conductor so that no additional hole species material is needed. Thus, the first/top sub-cell 110 in FIG. 3E does not contain a p-type region, but the perovskite material 113 completely penetrates the nanostructured n-type material (e.g., TiO2). .

도 3f에 도시된 제 1/최상부 서브-셀(110)은 도 3b의 것과 유사하지만, 페로브스카이트 재료(113)는 메조다공질 절연성 스캐폴드 재료(Al2O3)를 완전히 침투하여 p형 반도체(예를 들면, HTM)와 함께 평면의 헤테로접합을 형성한다. The first/top sub-cell 110 shown in FIG. 3F is similar to that of FIG. 3B , but the perovskite material 113 completely penetrates the mesoporous insulating scaffold material (Al 2 O 3 ) to form a p-type A planar heterojunction is formed with a semiconductor (e.g., HTM).

대안적 구조에서, 광활성 영역은 화학식 (I)의 페로브스카이트 재료의 층을 포함할 수 있으며, 여기서 페로브스카이트 재료 자체는 다공질이다. 그러므로 전하 수송 재료는 페로브스카이트 재료의 다공질 영역의 공극을 채우고, 다공질 페로브스카이트 재료 상에 캐핑 층을 형성한다. 이와 관련하여, 전하 수송 재료의 캐핑 층은 개방된 공극을 갖지 않는 전하 수송 재료의 층으로 이루어진다. In an alternative structure, the photoactive region may include a layer of perovskite material of formula (I), wherein the perovskite material itself is porous. Therefore, the charge transport material fills the pores of the porous region of the perovskite material and forms a capping layer on the porous perovskite material. In this regard, the capping layer of charge transport material consists of a layer of charge transport material having no open pores.

도 4는 일체로 집적된 다접합형 광기전 디바이스(100)의 일 실시례를 개략적으로 도시하며, 여기서 제 1/최상부 서브-셀(110)은 광활성 페로브스카이트 재료(113)가 평면의 층으로서 제공되는 광활성 영역을 포함한다. 도 4의 실시례에서, 제 1 서브-셀의 광활성 영역(110)은 하나 이상의 n형 층을 포함하는 n형 영역(111), 하나 이상의 p형 층을 포함하는 p형 영역(112), 및 n형 영역과 p형 영역 사이에 배치되는 평면의 페로브스카이트 재료의 층(113)을 포함한다. 제 1 서브-셀(110)과 제 2 서브-셀(120)은 상호접속층을 포함하는 중간 영역(130)에 의해 서로 연결된다.FIG. 4 schematically illustrates one embodiment of an integrally integrated multi-junction photovoltaic device 100, wherein the first/top sub-cell 110 has a photoactive perovskite material 113 formed on a planar surface. and a photoactive region provided as a layer. In the embodiment of Figure 4, the photoactive region 110 of the first sub-cell comprises an n-type region 111 comprising one or more n-type layers, a p-type region 112 comprising one or more p-type layers, and and a layer 113 of planar perovskite material disposed between the n-type region and the p-type region. The first sub-cell 110 and the second sub-cell 120 are connected to each other by a middle region 130 including an interconnection layer.

이러한 구성에서, 평면의 페로브스카이트 재료의 층(113)은 개방된 공극(113)이 없는 것으로 간주된다. 전술한 바와 같이, 개방된 공극을 갖지 않는 재료는 전형적으로 매크로공극 및 메조공극을 갖지 않지만 마이크로공극 및 나노공극을 가질 수 있다(따라서 결정간 공극을 가질 수 있음). 이와 관련하여, 페로브스카이트 재료(113)의 층이 개방된 공극을 갖지 않으므로 n형 또는 p형 재료는 페로브스카이트 재료에 침투하지 않고, 벌크 헤테로접합을 형성하지 않으며; 오히려 페로브스카이트 재료를 갖는 평면의 헤테로접합을 형성한다. 전형적으로, 개방된 공극을 갖지 않는 페로브스카이트 재료(113)의 층은 n형 영역과 p형 영역의 둘 모두와 접촉하고, 따라서 n형 영역과 p형 영역의 둘 모두와 평면의 헤테로접합을 형성한다. 따라서 제 1 서브-셀(110)은 (도 3c에 도시된 전술한 제 1 서브-셀(110)의 것과 유사한) 평면의 헤테로접합형 아키텍처를 갖는 것으로서 설명될 수 있다. In this configuration, the layer 113 of planar perovskite material is considered free of open pores 113 . As noted above, materials that do not have open pores typically do not have macropores and mesopores, but may have micropores and nanopores (and thus may have intercrystalline pores). In this regard, since the layer of perovskite material 113 does not have open pores, the n-type or p-type material does not penetrate the perovskite material and does not form a bulk heterojunction; Rather, it forms a planar heterojunction with the perovskite material. Typically, a layer of perovskite material 113 that does not have open pores is in contact with both the n-type and p-type regions, thus creating a planar heterojunction with both the n-type and p-type regions. form Thus, the first sub-cell 110 can be described as having a planar heterojunction architecture (similar to that of the aforementioned first sub-cell 110 shown in FIG. 3C).

전술한 바와 같이, 제 2/최하부 서브-셀(120)이 실리콘 헤테로접합(SHJ)을 포함하고, 여기서 광활성 흡수재는 n형 c-Si(121)이고, 이미터는 p형 a-Si(122)이라고 가정하면, 다접합형 광기전 디바이스(100)의 제 1/최상부 서브-셀(110)은 n형 영역(111)이 제 2 서브-셀(120)에 인접하도록 배치된다. 다시 말하면, n형 영역(111)은 제 2 서브-셀(120)에 인접하고, 따라서 p형 영역(112)보다 제 2 서브-셀(120)에 더 근접한다. 특히, 제 1 서브-셀(110)을 제 2 서브-셀(120)에 연결하는 중간 영역(130)과 접촉하는 것은 제 1 서브-셀(110)의 n형 영역(111)이다. 따라서, 제 1 서브-셀(110)의 p형 영역(112)은 제 1 전극(101)과 접촉한다. 따라서, 전면/제 1 전극(101)은 양의 전극(정공 수집 전극)으로서 기능하지만, 제 2/후면 전극(102)은 음의 전극(전자 수집 전극)으로서 기능한다.As described above, the second/bottom sub-cell 120 comprises a silicon heterojunction (SHJ), wherein the photoactive absorber is n-type c-Si (121) and the emitter is p-type a-Si (122) Assuming that , the first/top sub-cell 110 of the multi-junction photovoltaic device 100 is disposed so that the n-type region 111 is adjacent to the second sub-cell 120 . In other words, the n-type region 111 is adjacent to the second sub-cell 120 and thus closer to the second sub-cell 120 than the p-type region 112 is. In particular, it is the n-type region 111 of the first sub-cell 110 that is in contact with the middle region 130 connecting the first sub-cell 110 to the second sub-cell 120 . Thus, the p-type region 112 of the first sub-cell 110 is in contact with the first electrode 101 . Thus, the front/first electrode 101 functions as a positive electrode (hole collecting electrode), while the second/back electrode 102 functions as a negative electrode (electron collecting electrode).

전술한 다접합형 광기전 디바이스에서, 제 1 서브-셀의 p형 영역은 하나 이상의 p형 층을 포함한다. 대개, p형 영역은 p형 층, 즉, 단일의 p형 층이다. 그러나, 다른 실시례에서, p형 영역은 p형 층 및 p형 엑시톤 차단층 또는 전자 차단층을 포함할 수 있다. 엑시톤 차단층의 가전자 밴드(또는 최고의 점유된 분자 궤도 에너지 준위)가 광활성 재료의 가전자 밴드와 근접하게 정렬되면, 정공은 광활성 재료로부터 엑시톤 차단층을 통과할 수 있거나, 엑시톤 차단층을 통해 광활성 재료 내로 진입할 수 있으며, 이것을 p형 엑시톤 차단층이라고 부른다. 이것의 예는 트리스[4-(5-페닐티오펜-2-일)페닐]아민[Masaya Hirade, and Chihaya Adachi, "Small molecular organic photovoltaic cells with exciton blocking layer at anode interface for improved device performance" Appl. Phys. Lett. 99, 153302 (2011)에 기술되어 있음]이다. In the aforementioned multi-junction photovoltaic device, the p-type region of the first sub-cell includes one or more p-type layers. Usually, the p-type region is a p-type layer, i.e., a single p-type layer. However, in other embodiments, the p-type region may include a p-type layer and a p-type exciton blocking layer or electron blocking layer. If the valence band of the exciton blocking layer (or the highest occupied molecular orbital energy level) is closely aligned with the valence band of the photoactive material, holes can pass through the exciton blocking layer from the photoactive material, or through the exciton blocking layer to become photoactive. It can penetrate into the material and is called the p-type exciton blocking layer. An example of this is tris[4-(5-phenylthiophen-2-yl)phenyl]amine [Masaya Hirade, and Chihaya Adachi, "Small molecular organic photovoltaic cells with exciton blocking layer at anode interface for improved device performance" Appl. Phys. Lett. 99, 153302 (2011)].

p형 층은 정공 수송(즉, p형) 재료의 층이다. p형 재료는 단일의 p형 화합물 또는 원소 재료, 또는 2 개 이상의 p형 화합물 또는 원소 재료의 혼합물일 수 있고, 이것은 도핑되지 않거나, 하나 이상의 도펀트 원소로 도핑될 수 있다.The p-type layer is a layer of hole transporting (ie, p-type) material. The p-type material can be a single p-type compound or elemental material, or a mixture of two or more p-type compounds or elemental materials, which can be undoped or doped with one or more dopant elements.

p형 층은 무기 또는 유기 p형 재료를 포함할 수 있다. 전형적으로, p형 영역은 유기 p형 재료의 층을 포함한다.The p-type layer may include inorganic or organic p-type materials. Typically, the p-type region includes a layer of organic p-type material.

적합한 p형 재료는폴리머 또는 분자 정공 전도체로부터 선택될 수 있다. 본 발명의 광기전 디바이스에서 채용되는 p형 층은, 예를 들면, 스피로-OMeTAD(2,2',7,7'-테트라키스-(N,N-디-p-메톡시페닐아민)9,9'-스피로비플루오렌)), P3HT(폴리(3-헥실티오펜)), PCPDTBT(폴리[2,1,3-벤조티아디아졸-4,7-디일[4,4-비스(2-에틸헥실)-4H-시클로펜타[2,1-b:3,4-b']디티오펜-2,6-디일]]), PVK(폴리(N-비닐카바졸)), HTM-TFSI(1-헥실-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드), Li-TFSI(리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드) 또는 tBP(tert-부틸피리딘)을 포함할 수 있다. p형 영역은 탄소 나노튜브를 포함할 수 있다. 통상적으로, p형 재료는 스피로-OMeTAD, P3HT, PCPDTBT 및 PVK로부터 선택된다. 바람직하게는, p형 영역은 스피로-MeOTAD를 포함하는 p형 층으로 이루어진다.Suitable p-type materials may be selected from polymers or molecular hole conductors. The p-type layer employed in the photovoltaic device of the present invention is, for example, spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenylamine)9 ,9'-spirobifluorene)), P3HT (poly(3-hexylthiophene)), PCPDTBT (poly[2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl[4,4-bis( 2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl]]), PVK (poly(N-vinylcarbazole)), HTM- TFSI (1-hexyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), Li-TFSI (lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide) or tBP (tert-butylpyridine) can include The p-type region may include carbon nanotubes. Typically, the p-type material is selected from Spiro-OMeTAD, P3HT, PCPDTBT and PVK. Preferably, the p-type region consists of a p-type layer comprising spiro-MeOTAD.

p형 층은, 예를 들면, 스피로-OMeTAD(2,2',7,7'-테트라키스-(N,N-디-p-메톡시페닐아민)9,9'-스피로비플루오렌)), P3HT(폴리(3-헥실티오펜)), PCPDTBT(폴리[2,1,3-벤조티아디아졸-4,7-디일[4,4-비스(2-에틸헥실)-4H-시클로펜타[2,1-b:3,4-b']디티오펜-2,6-디일]]), 또는 PVK(폴리(N-비닐카바졸))을 포함할 수 있다.The p-type layer is, for example, spiro-OMeTAD (2,2',7,7'-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenylamine)9,9'-spirobifluorene) ), P3HT (poly (3-hexylthiophene)), PCPDTBT (poly [2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl [4,4-bis (2-ethylhexyl) -4H-cyclo penta[2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl]]), or PVK (poly(N-vinylcarbazole)).

적합한 p형 재료는 또한 분자 정공 수송체, 폴리머 정공 수송체 및 코폴리머 정공 수송체를 포함한다. p형 재료는, 예를 들면, 다음의 성분 중 하나 이상을 포함하는 분자 정공 수송 재료, 폴리머 또는 코폴리머일 수 있다: 티오페닐, 페네레닐, 디티아졸일, 벤조티아졸일, 디케토피롤로피롤일, 에톡시디티오페닐, 아미노, 트리페닐 아미노, 카보졸일, 에틸렌 디옥시티오페닐, 디옥시티오페닐, 또는 플루오레닐. 따라서, 본 발명의 광기전 디바이스에서 채용되는 p형 층은, 예를 들면, 전술한 분자 정공 수송 재료, 폴리머 또는 코폴리머 중 어느 하나를 포함할 수 있다.Suitable p-type materials also include molecular hole transporters, polymeric hole transporters and copolymer hole transporters. The p-type material can be, for example, a molecular hole transport material, polymer or copolymer comprising one or more of the following components: thiophenyl, phenerenyl, dithiazolyl, benzothiazolyl, diketopyrrolopyrroyl , ethoxydithiophenyl, amino, triphenyl amino, carbozolyl, ethylene dioxythiophenyl, dioxythiophenyl, or fluorenyl. Thus, the p-type layer employed in the photovoltaic device of the present invention may include, for example, any one of the aforementioned molecular hole transport materials, polymers or copolymers.

적합한 p형 재료는 또한 m-MTDATA(4,4',4''-트리스(메틸페닐페닐아미노)트리페닐아민), MeOTPD(N,N,N ',N'-테트라키스(4-메톡시페닐)-벤지딘), BP2T(5,5'-디(비페닐-4-일)-2,2'-비티오펜), Di-NPB(N,N'-디-[(1-나프틸)-N,N'-디페닐]-1,1'-비페닐)-4,4'-디아민), α-NPB(N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘), TNATA(4,4',4"-트리스-(N-(나프틸렌-2-일)-N-페닐아민)트리페닐아민), BPAPF(9,9-비스[4-(N,N-비스-비페닐-4-일-아미노)페닐]-9H-플루오렌), 스피로-NPB(N2,N7-디-1-나프탈레닐-N2,N7-디페닐-9,9'-스피로비[9H-플루오렌]-2,7-디아민), 4P-TPD(4,4-비스-(N,N-디페닐아미노)-테트라페닐), PEDOT:PSS 및 스피로-OMeTAD.Suitable p-type materials are also m-MTDATA(4,4',4''-tris(methylphenylphenylamino)triphenylamine), MeOTPD( N , N , N ' , N' -tetrakis(4-methoxyphenyl) )-benzidine), BP2T (5,5'-di(biphenyl-4-yl)-2,2'-bithiophene), Di-NPB(N,N'-di-[(1-naphthyl)- N,N' -diphenyl]-1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine), α-NPB (N,N'-di(naphthalen-1-yl)-N,N'-di phenyl-benzidine), TNATA (4,4',4"-tris-(N-(naphthylene-2-yl)-N-phenylamine)triphenylamine), BPAPF (9,9-bis[4-( N,N-bis-biphenyl-4-yl-amino)phenyl]-9H-fluorene), spiro-NPB(N2,N7-di-1-naphthalenyl-N2,N7-diphenyl-9,9 '-spirobi[9H-fluorene]-2,7-diamine), 4P-TPD(4,4-bis-( N , N -diphenylamino)-tetraphenyl), PEDOT:PSS and spiro-OMeTAD.

p형 층은, 예를 들면, 터트부틸 피리딘 및 LiTFSI를 사용하여 도핑될 수 있다. p형 층은 정공 밀도를 증가시키기 위해 도핑될 수 있다. p형 층은, 예를 들면, 정공 밀도를 증가시키기 위해 NOBF4(니트로소늄 테트라플루오로보레이트)로 도핑될 수 있다.The p-type layer can be doped using, for example, tertbutyl pyridine and LiTFSI. The p-type layer can be doped to increase the hole density. The p-type layer can be doped with, for example, NOBF 4 (nitrosonium tetrafluoroborate) to increase the hole density.

다른 실시례에서, p형 층은 무기 정공 수송체를 포함할 수 있다. 예를 들면, p형 층은 니켈, 바나듐, 구리 또는 몰리브데넘의 산화물; CuI, CuBr, CuSCN, Cu2O,CuO또는 CIS; 페로브스카이트; 비정질 Si; p형 IV 족 반도체, p형 III-VI 족 반도체, p형 II-VI 족 반도체, p형 I-VII 족 반도체, p형 IV-VI 족 반도체, p형 V-VI 족 반도체, 및 p형 II-V 족 반도체를 포함하는 무기 정공 수송체를 포함할 수 있으며, 이 무기 재료는 도핑되거나 도핑되지 않을 수 있다. p형 층은 상기 무기 정공 수송체의 컴팩트 층일 수 있다.In another embodiment, the p-type layer can include an inorganic hole transporter. For example, the p-type layer may be an oxide of nickel, vanadium, copper or molybdenum; CuI, CuBr, CuSCN, Cu 2 O, CuO or CIS; perovskite; amorphous Si; p-type group IV-semiconductor, p-type group III-VI semiconductor, p-type group II-VI semiconductor, p-type group I-VII semiconductor, p-type group IV-VI semiconductor, p-type group V-VI semiconductor, and p-type II An inorganic hole transporter comprising a group-V semiconductor, which inorganic material may be doped or undoped. The p-type layer may be a compact layer of the inorganic hole transporter.

p형 층은, 예를 들면, 니켈, 바나듐, 구리 또는 몰리브데넘의 산화물; CuI, CuBr, CuSCN, Cu2O,CuO또는 CIS; 비정질 Si; p형 IV 족 반도체, p형 III-VI 족 반도체, p형 II-VI 족 반도체, p형 I-VII 족 반도체, p형 IV-VI 족 반도체, p형 V-VI 족 반도체, 및 p형 II-V 족 반도체를 포함하는 무기 정공 수송체를 포함할 수 있으며, 이 무기 재료는 도핑되거나 도핑되지 않을 수 있다. p형 층은, 예를 들면, CuI, CuBr, CuSCN, Cu2O,CuO및 CIS로부터 선택되는 무기 정공 수송체를 포함할 수 있다. p형 층은 상기 무기 정공 수송체의 컴팩트 층일 수 있다.The p-type layer may be, for example, an oxide of nickel, vanadium, copper or molybdenum; CuI, CuBr, CuSCN, Cu 2 O, CuO or CIS; amorphous Si; p-type group IV-semiconductor, p-type group III-VI semiconductor, p-type group II-VI semiconductor, p-type group I-VII semiconductor, p-type group IV-VI semiconductor, p-type group V-VI semiconductor, and p-type II An inorganic hole transporter comprising a group-V semiconductor, which inorganic material may be doped or undoped. The p-type layer may include, for example, an inorganic hole transporter selected from CuI, CuBr, CuSCN, Cu 2 O, CuO and CIS. The p-type layer may be a compact layer of the inorganic hole transporter.

p형 영역은 50 nm 내지 1000 nm의 두께를 가질 수 있다. 예를 들면, p형 영역은 50 nm 내지 500 nm, 또는 100 nm 내지 500 nm의 두께를 가질 수 있다. 전술한 다접합형 광기전 디바이스에서, 제 1 서브-셀의 p형 영역(112)은 바람직하게는 200 nm 내지 300 nm의 두께, 더 바람직하게는 약 250 nm의 두께를 갖는다. The p-type region may have a thickness of 50 nm to 1000 nm. For example, the p-type region may have a thickness of 50 nm to 500 nm, or 100 nm to 500 nm. In the aforementioned multi-junction photovoltaic device, the p-type region 112 of the first sub-cell preferably has a thickness of 200 nm to 300 nm, more preferably about 250 nm.

전술한 다접합형 광기전 디바이스에서, 제 1 서브-셀의 n형 영역은 하나 이상의 n형 층을 포함한다. 대개, n형 영역은 n형 층, 즉, 단일의 n형 층이다. 그러나, 다른 실시례에서, n형 영역은 n형 층 및 별개의 n형 엑시톤 차단층 또는 정공 차단층을 포함할 수 있다. In the aforementioned multi-junction photovoltaic device, the n-type region of the first sub-cell includes one or more n-type layers. Usually, the n-type region is an n-type layer, i.e., a single n-type layer. However, in other embodiments, the n-type region may include an n-type layer and a separate n-type exciton blocking layer or hole blocking layer.

엑시톤 차단층은 광활성 재료보다 넓은 밴드 갭을 가지지만 그 전도성 밴드 또는 가전자 밴드가 광활성 재료의 것과 근접하게 매칭되는 재료이다. 엑시톤 차단층의 전도 밴드(또는 최저의 비점유 분자 궤도 에너지 준위)가 광활성 재료의 전도 밴드와 근접하게 정렬되면 전자는 광활성 재료로부터 엑시톤 차단층을 통과하거나, 또는 엑시톤 차단층을 통해 광활성 재료 내로 진입할 수 있으며, 이것을 n형 엑시톤 차단층이라고 부른다. 이러한 예는 배스오큐프로인(bathocuproine; BCP)[P. Peumans, A. Yakimov, and S. R. Forrest, "Small molecular weight organic thin-film photodetectors and solar cells" J. Appl. Phys. 93, 3693 (2001) and Masaya Hirade, and Chihaya Adachi, "Small molecular organic photovoltaic cells with exciton blocking layer at anode interface for improved device performance" Appl. Phys. Lett. 99, 153302 (2011)에 기술되어 있음]이다.An exciton blocking layer is a material that has a wider band gap than the photoactive material, but whose conductivity band or valence band closely matches that of the photoactive material. When the conduction band of the exciton blocking layer (or the lowest unoccupied molecular orbital energy level) is closely aligned with the conduction band of the photoactive material, electrons pass through the exciton blocking layer from the photoactive material or enter the photoactive material through the exciton blocking layer. This is called the n-type exciton blocking layer. An example of this is bathocuproine (BCP) [P. Peumans, A. Yakimov, and S. R. Forrest, "Small molecular weight organic thin-film photodetectors and solar cells" J. Appl. Phys. 93, 3693 (2001) and Masaya Hirade, and Chihaya Adachi, "Small molecular organic photovoltaic cells with exciton blocking layer at anode interface for improved device performance" Appl. Phys. Lett. 99, 153302 (2011)].

n형 층은 전자 수송(즉, n형) 재료의 층이다. n형 재료는 단일 n형 화합물 또는 원소 재료, 또는 2 개 이상의 n형 화합물 또는 원소 재료의 혼합물일 수 있고, 이 재료는 하나 이상의 도펀트 원소로 도핑되지 않거나 도핑될 수 있다.The n-type layer is a layer of electron transport (ie n-type) material. The n-type material can be a single n-type compound or elemental material, or a mixture of two or more n-type compounds or elemental materials, which can be undoped or doped with one or more dopant elements.

채용된 n형 층은 무기 또는 유기 n형 재료를 포함할 수 있다. The n-type layer employed may include inorganic or organic n-type materials.

적합한 무기 n형 재료는 금속 산화물, 금속 황화물, 금속 셀렌화물, 금속 텔루르화물, 페로브스카이트, 비정질 Si, n형 IV 족 반도체, n형 III-V 족 반도체, n형 II-VI 족 반도체, n형 I-VII 족 반도체, n형 IV-VI 족 반도체, n형 V-VI 족 반도체, 및 n형 II-V 족 반도체로부터 선택될 수 있으며, 이들 중 어느 하나는 도핑되거나 도핑되지 않을 수 있다. Suitable inorganic n-type materials include metal oxides, metal sulfides, metal selenides, metal tellurides, perovskites, amorphous Si, n-type group IV semiconductors, n-type III-V group semiconductors, n-type II-VI group semiconductors, n-type I-VII group semiconductor, n-type IV-VI group semiconductor, n-type V-VI group semiconductor, and n-type II-V group semiconductor, any one of which may be doped or undoped. .

n형 재료는 금속 산화물, 금속 황화물, 금속 셀렌화물, 금속 텔루르화물, 비정질 Si, n형 IV 족 반도체, n형 III-VI 족 반도체, n형 II-VI 족 반도체, n형 I-VII 족 반도체, n형 IV-VI 족 반도체, n형 V-VI 족 반도체, 및 n형 II-V 족 반도체로부터 선택될 수 있고, 이들 중 어느 하나는 도핑되거나 도핑되지 않을 수 있다.N-type materials include metal oxides, metal sulfides, metal selenides, metal tellurides, amorphous Si, n-type group IV semiconductors, n-type III-VI semiconductors, n-type II-VI group semiconductors, and n-type I-VII group semiconductors. , an n-type IV-VI group semiconductor, an n-type V-VI group semiconductor, and an n-type II-V group semiconductor, any one of which may be doped or undoped.

더 전형적으로, n형 재료는 금속 산화물, 금속 황화물, 금속 셀렌화물, 및 금속 텔루르화물로부터 선택된다.More typically, the n-type material is selected from metal oxides, metal sulfides, metal selenides, and metal tellurides.

따라서, n형 층은 타이타늄, 주석, 아연, 니오븀, 탄탈럼, 텅스텐, 인듐, 갈륨, 네오디뮴, 팔라듐, 또는 카드뮴의 산화물, 또는 상기 금속 중 2 개 이상의 혼합물의 산화물로부터 선택되는 무기 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, n형 층은 TiO2,SnO2,ZnO,Nb2O5,Ta2O5,WO3,W2O5,In2O3,Ga2O3,Nd2O3,PbO,또는 CdO를 포함할 수 있다. Accordingly, the n-type layer may comprise an inorganic material selected from oxides of titanium, tin, zinc, niobium, tantalum, tungsten, indium, gallium, neodymium, palladium, or cadmium, or oxides of mixtures of two or more of the foregoing metals. can For example, the n-type layer is TiO 2 ,SnO 2 ,ZnO,Nb 2 O 5 ,Ta 2 O 5 ,WO 3 ,W 2 O 5 ,In 2 O 3 ,Ga 2 O 3 ,Nd 2 O 3 ,PbO , or CdO.

사용될 수 있는 다른 적합한 n형 재료는 카드뮴, 주석, 구리, 또는 아연의 황화물 및 상기 금속의 2 개 이상의 혼합물의 황화무르을 포함한다. 예를 들면, 황화물은 FeS2,CdS,ZnS,SnS,비스, SbS, 또는 Cu2ZnSnS4일 수 있다. Other suitable n-type materials that may be used include sulfides of cadmium, tin, copper, or zinc and sulphides of mixtures of two or more of these metals. For example, the sulfide may be FeS 2 , CdS, ZnS, SnS, bis, SbS, or Cu 2 ZnSnS 4 .

예를 들면, n형 층은 카드뮴, 아연, 인듐, 또는 갈륨의 셀렌화물 는 상기 금속의 2 개 이상의 혼합물의 셀렌화물; 또는 카드뮴, 아연, 카드뮴 또는 주석의 텔루르화물, 또는 상기 금속의 2 개 이상의 혼합물의 텔루르화물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 셀렌화물은 Cu(In,Ga)Se2일 수 있다. 전형적으로, 텔루르화물은 카드뮴, 아연, 카드뮴 또는 주석의 텔루르화물이다. 예를 들면, 텔루르화물은 CdTe일 수 있다.For example, the n-type layer may be a selenide of cadmium, zinc, indium, or gallium; a selenide of a mixture of two or more of the above metals; or a telluride of cadmium, zinc, cadmium or tin, or a telluride of a mixture of two or more of the above metals. For example, the selenide may be Cu(In,Ga)Se 2 . Typically, the telluride is a telluride of cadmium, zinc, cadmium or tin. For example, telluride may be CdTe.

n형 층은, 예를 들면, 타이타늄, 주석, 아연, 니오븀, 탄탈럼, 텅스텐, 인듐, 갈륨, 네오디뮴, 팔라듐, 카드뮴의 산화물, 또는 상기 금속의 2 개 이상의 혼합물의 산화물; 카드뮴, 주석, 구리, 아연의 황화물 또는 상기 금속의 2 개 이상의 혼합물의 황화물; 카드뮴, 아연, 인듐, 갈륨의 셀렌화물, 상기 금속의 2 개 이상의 혼합물의 셀렌화물; 또는 카드뮴, 아연, 카드뮴 또는 주석의 텔루르화물, 또는 상기 금속의 2 개 이상의 혼합물의 텔루르화물로부터 선택되는 무기 재료를 포함할 수 있다.The n-type layer may be, for example, an oxide of titanium, tin, zinc, niobium, tantalum, tungsten, indium, gallium, neodymium, palladium, cadmium, or an oxide of a mixture of two or more of the foregoing metals; sulfides of cadmium, tin, copper, zinc or sulfides of mixtures of two or more of the foregoing metals; selenides of cadmium, zinc, indium, gallium, and selenides of mixtures of two or more of the above metals; or an inorganic material selected from tellurides of cadmium, zinc, cadmium or tin, or tellurides of a mixture of two or more of the above metals.

적합한 n형 재료일 수 있는 기타 반도체의 예는, 예를 들면, 이것이 n-도핑된 경우, IV 족 원소 또는 화합물 반도체; 비정질 Si; III-V 족 반도체(예를 들면, 갈륨 비화물); II-VI 족 반도체(예를 들면, 카드뮴 셀렌화물); I-VII 족 반도체(예를 들면, 염화 제1구리); IV-VI 족 반도체(예를 들면, 납 셀렌화물); V-VI 족 반도체(예를 들면, 비스무스 텔루르화물); 및 II-V 족 반도체(예를 들면, 카드뮴 비화물)을 포함한다.Examples of other semiconductors that may be suitable n-type materials include, for example, group IV element or compound semiconductors when they are n-doped; amorphous Si; III-V semiconductors (eg gallium arsenide); Group II-VI semiconductors (eg, cadmium selenide); Group I-VII semiconductors (eg cuprous chloride); Group IV-VI semiconductors (eg, lead selenide); Group V-VI semiconductors (eg, bismuth telluride); and II-V group semiconductors (eg, cadmium arsenide).

전형적으로, n형 층은 TiO2를 포함한다.Typically, the n-type layer includes TiO 2 .

n형 층이, 무기 재료, 예를 들면, TiO2이거나, 전술한 기타 재료 중 어느 하나인 경우, 이것은 상기 무기 재료의 컴팩트 층일 수 있다. 바람직하게, n형 층은 TiO2의 컴팩트 층이다.If the n-type layer is an inorganic material, such as TiO 2 , or any of the other materials described above, it may be a compact layer of said inorganic material. Preferably, the n-type layer is a compact layer of TiO 2 .

유기 및 폴리머 전자 수송 재료, 및 전해질을 포함하는 기타 n형 재료도 사용될 수 있다. 적합한 예는 플러렌 또는 플러렌 유도체, 페릴렌 또는 이것의 유도체를 포함하는 유기 전자 수송 재료, 또는 폴리{[N,N0-비스(2-옥틸도데실)-나프탈렌-1,4,5,8-비스(디카르복시미드)-2,6-디일]-alt-5,50-(2,20-비티오펜)}(P(NDI2OD-T2))을 포함하지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, n형 영역은 C60, C70, C84, C60-PCBM, C70-PCBM, C84-PCBM 및 탄소 나노튜브 중 하나 이상을 포함하는 n형 층을 포함할 수 있다. Other n-type materials may also be used, including organic and polymeric electron transport materials, and electrolytes. Suitable examples are fullerene or a fullerene derivative, an organic electron transport material comprising perylene or a derivative thereof, or poly{[N,N0-bis(2-octyldodecyl)-naphthalene-1,4,5,8-bis (dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,50-(2,20-bithiophene)} (P(NDI2OD-T2)). For example, the n-type region may include an n-type layer comprising one or more of C60, C70, C84, C60-PCBM, C70-PCBM, C84-PCBM, and carbon nanotubes.

n형 영역은 5 nm 내지 1000 nm의 두께를 가질 수 있다. n형 영역이 n형 반도체의 컴팩트 층을 포함하는 경우, 이 컴팩트 층은 5 nm 내지 200 nm의 두께를 갖는다. 전술한 다접합형 광기전 디바이스에서, 제 1 서브-셀(110)의 n형 영역(111)은 바람직하게는 10 nm 내지 1000 nm의 두께, 더 바람직하게는 20 nm 내지 40 nm의 두께, 더욱 더 바람직하게는 약 30nm의 두께를 갖는다.The n-type region may have a thickness of 5 nm to 1000 nm. When the n-type region includes a compact layer of an n-type semiconductor, this compact layer has a thickness of 5 nm to 200 nm. In the multi-junction photovoltaic device described above, the n-type region 111 of the first sub-cell 110 is preferably 10 nm to 1000 nm thick, more preferably 20 nm to 40 nm thick, More preferably, it has a thickness of about 30 nm.

전술한 다접합형 광기전 디바이스에서, 중간 영역(130)은 하나 이상의 상호접속층을 포함할 수 있다. 예로서, 상호접속층은 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 알루미늄 도핑된 아연 산화물(AZO), 탄소(예를 들면, 그래핀), 금속 나노와이어 등과 같은 투명한 전도성 산화물(TCO)을 포함할 수 있다. 전형적으로, 중간 영역은 재결합 층으로서 작용하는 인듐 주석 산화물(ITO)로 이루어지는 상호접속층을 포함한다. ITO의 상호접속층은 바람직하게는 10 nm 내지 60nm의 두께, 더 바람직하게는 약 50 nm의 두께를 갖는다.In the aforementioned multi-junction photovoltaic device, the intermediate region 130 may include one or more interconnection layers. As an example, the interconnect layer may include a transparent conducting oxide (TCO) such as indium tin oxide (ITO) or aluminum doped zinc oxide (AZO), carbon (eg, graphene), metal nanowires, and the like. Typically, the intermediate region includes an interconnect layer made of indium tin oxide (ITO) that acts as a recombination layer. The interconnect layer of ITO preferably has a thickness of 10 nm to 60 nm, more preferably about 50 nm.

전형적으로 후면 전극(102)은 금(Au) 은(Ag), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 또는 알루미늄(Al)과 같은 높은 일 함수 금속을 포함한다. The back electrode 102 typically comprises a high work function metal such as gold (Au) silver (Ag), nickel (Ni), palladium (Pd), platinum (Pt) or aluminum (Al).

디바이스device 구조 - 투명한 전극 Structure - transparent electrode

전술한 다접합형 광기전 디바이스에서, 제 1/전면 전극(101)은 태양 광에 직접 노출될 광기전 디바이스의 측면 또는 표면 상에 제공되는 전극이다. 따라서, 제 1 전극(101)은 이 전극을 통해 하측에 제공된 제 1 서브-셀(110) 및 제 2 서브-셀(120)의 광활성 층까지 광의 투과율을 최대화하기 위해 투명해야 하며, 또한 충분한 전기전도율을 가져야 한다. 특히, 다접합형 디바이스의 경우, 더 긴 파장의 투과가 유용한 전력 변환 효율을 달성하는데 매우 중요하므로 제 1 전극은 완전한 광학 윈도우(즉, 400 nm 내지 1200 nm의 파장)에 걸쳐 많은 비율의 광을 투과시켜야 한다.In the multi-junction type photovoltaic device described above, the first/front electrode 101 is an electrode provided on a side surface or surface of the photovoltaic device to be directly exposed to sunlight. Therefore, the first electrode 101 must be transparent to maximize the transmittance of light through this electrode to the photoactive layers of the first sub-cell 110 and the second sub-cell 120 provided on the lower side, and also must be sufficiently electrical. It must have conductivity. In particular, for multi-junction devices, the first electrode transmits a large percentage of light over the complete optical window (i.e., wavelengths from 400 nm to 1200 nm) since transmission of longer wavelengths is critical to achieving useful power conversion efficiency. should be permeated

따라서 제 1 전극(101)은 10 옴/스퀘어(Ω/sq) 내지 100 Ω/sq의 시트 저항(Rs) 및 85% 이상의 가시광 및 적외선에 대한 평균 투과율(즉, 400 nm 내지 1200 nm의 파장의 광의 85% 이상을 투과시킴)을 갖는 재료로 이루지는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 제 1 전극(101)은 50 Ω/sq 이하의 시트 저항(Rs) 및 가시광 및 적외선에 대해 90%를 초과하는 평균 투과율, 바람직하게는 가시광 및 적외선에 대해 95% 이상의 평균 투과율을 갖는 재료로 이루어진다. Therefore, the first electrode 101 has a sheet resistance (Rs) of 10 ohm/square (Ω/sq) to 100 Ω/sq and an average transmittance for visible light and infrared rays of 85% or more (ie, wavelengths of 400 nm to 1200 nm). It is preferably made of a material that transmits at least 85% of light). More preferably, the first electrode 101 has a sheet resistance (Rs) of 50 Ω/sq or less and an average transmittance of more than 90% for visible and infrared light, preferably an average transmittance of 95% or more for visible and infrared light. made of a material with

투명한 전면 전극으로 사용하는데 특히 적합한 재료는 투명한 전도성 산화물(TCO)을 포함한다. 투명한 전도성 산화물(TCO)은 전기 전도성이 있는, 그리고 비교적 낮은 광 흡수율을 갖는 도핑된 금속 산화물이다. TCO는 입사광에 대해 80%를 초과하는 투과율을 가질 수 있을 뿐만 아니라 효율적인 캐리어 수송을 위해 104S/cm을 초과하는 전도율(즉, ~10- 4Ω·cm의 저항율)을 가질 수 있다. 적합한 TCO 재료의 예는 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 도핑된 아연 산화물(AZO), 플루오린 도핑된 주석 산화물(FTO), 인듐-도핑된 아연 산화물(IZO), 니오븀-도핑된 타이타늄 이산화물(Nb:TiO2)등을 포함한다. Materials particularly suitable for use as the transparent front electrode include transparent conducting oxides (TCOs). Transparent conductive oxides (TCOs) are doped metal oxides that are electrically conductive and have relatively low light absorption. The TCO may have transmittance in excess of 80% for incident light as well as conductivity in excess of 10 4 S/cm (ie, resistivity of ˜10 −4 Ω ·cm) for efficient carrier transport. Examples of suitable TCO materials are indium tin oxide (ITO), aluminum doped zinc oxide (AZO), fluorine doped tin oxide (FTO), indium-doped zinc oxide (IZO), niobium-doped titanium dioxide (Nb :TiO 2 ) and the like.

따라서, 제 1 전극(101)은 투명한 전도성 산화물(TCO)의 층으로 구성되는 것이 바람직하다. 예로서, 제 1 전극(101)은 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 도핑된 아연 산화물(AZO), 플루오린 도핑된 주석 산화물(FTO), 인듐-도핑된 아연 산화물(IZO), 및 니오븀-도핑된 타이타늄 이산화물(Nb:TiO2)중 어느 하나의 층으로 구성될 수 있다. 따라서, 더 바람직하게는, 제 1 전극(101)은 인듐 주석 산화물(ITO)의 층으로 이루어지는 것이 바람직하다. 제 1 전극(101)이 인듐 주석 산화물(ITO)의 층으로 이루어지는 경우, 이 층은 100 nm 내지 200 nm, 더 바람직하게는 150 nm의 두께를 갖는 것이 바람직하다. Therefore, the first electrode 101 is preferably composed of a layer of transparent conductive oxide (TCO). By way of example, the first electrode 101 may be indium tin oxide (ITO), aluminum doped zinc oxide (AZO), fluorine doped tin oxide (FTO), indium-doped zinc oxide (IZO), and niobium-doped It may be composed of any one layer of titanium dioxide (Nb:TiO 2 ). Therefore, more preferably, the first electrode 101 is preferably made of a layer of indium tin oxide (ITO). When the first electrode 101 is made of a layer of indium tin oxide (ITO), this layer preferably has a thickness of 100 nm to 200 nm, more preferably 150 nm.

TCO 재료의 층을 제조하기 위한 종래의 기법은 전형적으로 마그네트론 스퍼터링 공정을 포함한다. 그러나, TCO 재료의 층을 침착시킬 때 종래의 마그네트론 스퍼터링을 사용하는 경우 많은 결점이 존재한다. 특히, 종래의 마그네트론 스퍼터링이 타겟 표면 직상부의 자기장에서 자유 전자를 포획하는 동안, 생성된 플라즈마는 여전히 상대적으로 확산되고, 따라서 충분한 품질의 층을 생성하기 위해 고에너지이어야 한다. 종래의 마그네트론 스퍼터링 공정에서 고에너지 플라즈마를 사용하면 기판의 표면 상에 고에너지 타겟 원자가 충돌하며, 따라서 기판이 유기 재료를 포함하는 경우와 같이 기판의 표면이 민감한 경우에는 손상을 초래할 수 있다. 전력을 감소시키고, 이를 통해 공정에서 사용되는 플라즈마의 에너지를 저하시키는 것이 가능하지만, 이는 종래의 마그네트론 스퍼터링에 의해 침착되는 층의 품질을 저하시키고, 트랩(trap)으로서 작용할 수 있는 결함을 갖는 무질서/불규칙적 구조를 생성함으로써 캐리어의 이동성을 감소시키고, 저항율을 증가시키고, 투과율을 감소시킨다.Conventional techniques for fabricating layers of TCO materials typically include magnetron sputtering processes. However, a number of drawbacks exist when using conventional magnetron sputtering to deposit layers of TCO material. In particular, while conventional magnetron sputtering traps free electrons in a magnetic field directly above the target surface, the plasma generated is still relatively diffuse and must therefore be of high energy to produce a layer of sufficient quality. When high-energy plasma is used in a conventional magnetron sputtering process, high-energy target atoms collide on the surface of a substrate, which may cause damage when the surface of the substrate is sensitive, such as when the substrate includes an organic material. While it is possible to reduce the power and thereby lower the energy of the plasma used in the process, this will degrade the quality of the layer deposited by conventional magnetron sputtering, and disorder/disorder with defects that can act as traps. Creating an irregular structure reduces carrier mobility, increases resistivity, and reduces transmittance.

결과적으로, 추가의 보호성 무기 버퍼 층을 필요로 하지 않고 제 1 서브-셀(110)의 p형 영역에서 유기 전하 수송 재료를 사용할 수 있도록 하기 위해, 본 발명자들은 제 1 전극(101)으로서 TCO의 층을 침착시키기 위해 원격적으로 생성되는 플라즈마를 포함하는 스퍼터링 공정을 사용하였다. 용어 "원격적으로 생성되는 플라즈마"는 그 생성이 (종래의 마그네트론 스퍼터링에서와 같이) 스퍼터링 타겟에 의존하지 않는 플라즈마를 의미한다. 원격적으로 생성되는 플라즈마는 한 쌍의 전자석에 의해 생성되는 성형된 전자기장에 의해 스퍼터링 타겟으로 안내되어, 타겟의 전체 표면적에 걸쳐 균일하게 고밀도(예를 들면, 1011cm- 3이상) 플라즈마를 형성한다. Consequently, in order to be able to use an organic charge transport material in the p-type region of the first sub-cell 110 without requiring an additional protective inorganic buffer layer, the present inventors have employed TCO as the first electrode 101. A sputtering process involving a remotely generated plasma was used to deposit a layer of . The term "remotely generated plasma" means a plasma whose production does not depend on the sputtering target (as in conventional magnetron sputtering). The remotely generated plasma is guided to the sputtering target by a shaped electromagnetic field generated by a pair of electromagnets, forming a uniformly high-density (eg, 10 11 cm -3 or more) plasma over the entire surface area of the target. do.

스퍼터링 침착 공정을 위해 원격적으로 생성되는 플라즈마를 사용하면, 타겟의 바이어싱(biasing)으로부터 플라즈마의 생성이 차단되고, 이를 통해 고밀도(5 x 1013cm- 3)의 저에너지 플라즈마를 생성하는 것이 가능해진다. 이와 관련하여, 원격 플라즈마 스퍼터링을 사용하면, 플라즈마 내의 이온의 에너지는 전형적으로 30 내지 50 eV의 범위에 있고, 이것은 종래의 마그네트론 스퍼터링 공정에서 타겟으로부터 스퍼터링하기에 불충분하다. 원격 플라즈마 스퍼터링을 사용하면, 타겟에 가해지는 바이어싱을 제어함으로써 플라즈마의 에너지에 무관하게 스퍼터링의 에너지를 제어하는 것이 가능하다.The use of remotely generated plasma for the sputtering deposition process blocks the generation of plasma from biasing of the target, making it possible to generate a high-density (5 x 10 13 cm - 3 ) low-energy plasma. It happens. In this regard, using remote plasma sputtering, the energy of the ions in the plasma is typically in the range of 30 to 50 eV, which is insufficient to sputter from a target in conventional magnetron sputtering processes. With remote plasma sputtering, it is possible to control the energy of the sputtering regardless of the energy of the plasma by controlling the biasing applied to the target.

본 발명자들은 이 저에너지 스퍼터링 공정이 기판에 대한 손상을 방지할 뿐만 아니라 우수한 단범위 규칙 및 충분히 적은 결함을 갖는 TCO의 층을 생성할 수 있으므로, 종래의 마그네트론 스퍼터링을 사용하여 생성되는 층에 비해, 캐리어의 이동도 및 생성되는 층의 광학적 투과율을 향상시킨다는 것을 밝혀냈다. 이는 가능한 다량의 광이 디바이스 내의 다중 광활성 층에 도달하는 것이 중요한 다접합형 광기전 디바이스의 경우에 특히 중요하다.The inventors found that this low-energy sputtering process not only prevents damage to the substrate but also produces a layer of TCO with good short-range order and sufficiently few defects, compared to a layer produced using conventional magnetron sputtering. It was found that it improves the mobility of and the optical transmittance of the resulting layer. This is particularly important in the case of multijunction type photovoltaic devices where it is important that as much light as possible reach multiple photoactive layers within the device.

특히, TCO의 층의 경우, 생성된 층의 품질의 향상은 캐리어 이동도를 향상시킴과 동시에 가시광 및 적외선(즉, 400 nm를 초과하는 파장의 광)에 대해 90%를 초과하는 향상된 투과율을 위해 캐리어 농도(예를 들면, ~1x1021cm- 3)를 제한하고, 여전히 낮은 저항율(예를 들면, 150 nm 두께의 층의 경우에 ~50 Ω/sq의 시트 저항과 등가인 ~7x10- 4Ω.cm)을 제공한다. 종래의 기법을 사용하면, 이러한 특성을 달성하는 TCO의 층은 그 제조 중에 높은 스퍼터링 타겟 전력 밀도(및 따라서 높은 손상) 또는 고온 어닐링을 필요로 하므로 고온에 민감한 재료로 구성된 기판과는 양립될 수 없다. In particular, in the case of the layer of TCO, the improvement in the quality of the resulting layer improves the carrier mobility while at the same time for improved transmittance in excess of 90% for visible and infrared light (i.e., light with a wavelength exceeding 400 nm). Limit the carrier concentration (e.g. ~1x10 21 cm - 3 ) and still have a low resistivity (e.g. ~7x10 - 4 Ω equivalent to a sheet resistance of ~50 Ω/sq for a 150 nm thick layer). .cm) is provided. Using conventional techniques, layers of TCO that achieve these properties require high sputtering target power densities (and thus high damage) or high temperature annealing during their fabrication, making them incompatible with substrates composed of high temperature sensitive materials. .

또한, 스퍼터링 침착 공정을 위해 원격적으로 생성되는 플라즈마를 사용하면, 플라즈마 전력, 타겟에 가해지는 바이어싱, 및 스퍼터링 가스의 압력 중 어느 하나를 변화/조절함으로써 생성되는 TCO의 층의 구조가 미세하게 조절될 수 있다. 플라즈마 전력을 변화시키면 플라즈마의 이온 밀도가 변화되고, 한편 타겟 바이어싱을 변화시키면 스퍼터링 에너지에 영향을 줄 수 있고, 압력을 변화시키면 기판에 도달하는 종(species)의 반응성 및 운동 에너지에 영향을 줄 수 있다. 예로서, 이러한 제어에 의해 우수한 단범위 규칙 및 낮은 결함을 갖는 고밀도의 균질한 비정질 TCO의 층을 생성할 수 있으므로, 이것은 하측의 층을 보호하기 위한 장벽 층으로 사용하기에 적합하다. 특히, 결함 및 입계가 없으므로 TCO의 층을 통한 수분의 침입이 방지된다. 유사하게, 이러한 제어에 의해 비정질 구조와 결정질 구조 사이에서 서서히 변화하는 TCO의 층을 제조할 수 있다. 그러면 비정질 부분은 장벽 층을 제공하고, 결정질 부분은 개선된 전기전도율을 제공한다. 더욱이, 이러한 제어는 침착 중에 TCO 층의 응력을 제거하기 위해 사용될 수 있으므로, 더 견고하고, 균열의 가능성이 적고, 접착성이 개선된 층이 얻어진다. In addition, when remotely generated plasma is used for the sputtering deposition process, the structure of the TCO layer generated by changing/adjusting any one of plasma power, biasing applied to the target, and sputtering gas pressure can be finely tuned. can be regulated. Changing the plasma power changes the ion density of the plasma, while changing the target biasing can affect the sputtering energy, while changing the pressure can affect the reactivity and kinetic energy of the species reaching the substrate. can As an example, this control can produce a layer of high-density, homogeneous amorphous TCO with good short-range order and low defects, which is suitable for use as a barrier layer to protect the underlying layer. In particular, penetration of moisture through the layer of TCO is prevented due to the absence of defects and grain boundaries. Similarly, this control can produce a layer of TCO that gradually changes between an amorphous structure and a crystalline structure. The amorphous portion then provides a barrier layer and the crystalline portion provides improved electrical conductivity. Moreover, this control can be used to relieve stress in the TCO layer during deposition, resulting in a layer that is more robust, less prone to cracking, and has improved adhesion.

전술한 실시례는 다접합형 광기전 디바이스의 전면 전극으로서 사용하기 위한 TCO의 층에 관한 것이지만, 스퍼터링 침착 공정을 위해 원격적으로 생성되는 플라즈마를 사용하여 생성되는 유리한 특성을 갖는 TCO의 층은 단접합형 광기전 디바이스, 발광 디바이스 등을 포함하는 다른 광전자 디바이스에도 동등하게 적용될 수 있다. 더욱이, 전술한 실시례는 페로브스카이트 기반의 태양 전지의 p형 영역 상에 침착되는 TCO의 층의 사용에 관한 것이지만, 이것은 TCO의 층이 n형 재료 상에 침착되는 반전 구조에도 동등하게 적용될 수 있다. While the foregoing embodiments relate to a layer of TCO for use as the front electrode of a multijunction photovoltaic device, a layer of TCO having advantageous properties produced using a remotely generated plasma for a sputter deposition process is only Equally applicable to other optoelectronic devices including bonded photovoltaic devices, light emitting devices, and the like. Moreover, while the foregoing embodiment relates to the use of a layer of TCO deposited on the p-type region of a perovskite-based solar cell, it may equally apply to an inverted structure in which a layer of TCO is deposited on an n-type material. can

결과적으로, 광활성 층, 이 광활성 층 상의 유기 전하 수송 재료의 층, 및 유기 전하 수송 재료의 층 상에 침착된 TCO의 층을 포함하는 광기전 디바이스가 또한 제공되고, 여기서 TCO의 층은 50 옴/스퀘어(Ω/sq) 이하의 시트 저항(Rs) 및 가시광 및 적외선에 대해 90%를 초과하는 평균 투과율(즉, 400 nm를 초과하는 파장의 광의 90% 이상을 투과시킴), 바람직하게는 가시광 및 적외선에 대해 95% 이상의 평균 투과율을 갖는다. 또한, 광활성 층을 침착시키는 단계, 광활성 층 상에 유기 전하 수송 재료의 층을 침착시키는 단계, 및 원격 플라즈마 스퍼터링을 이용하여 유기 전하 수송 재료 상에 TCO의 층을 침착시키는 단계를 포함하는 광기전 디바이스를 제조하는 방법이 제공된다. 유리하게는, 본 방법에서 TCO의 층을 침착시키는 단계는 100℃미만의 온도에서 수행될 수 있다. 또한, 본 방법은 200℃이상의 온도에서 침착된 TCO의 층을 어닐링하는 추가의 단계를 필요로 하지 않는다. 바람직한 실시례에서, 광활성 층은 광활성 페로브스카이트 재료를 포함한다.Consequently, there is also provided a photovoltaic device comprising a photoactive layer, a layer of organic charge transport material on the photoactive layer, and a layer of TCO deposited on the layer of organic charge transport material, wherein the layer of TCO is 50 Ohm/ Sheet resistance (Rs) of less than square (Ω/sq) and average transmittance greater than 90% for visible and infrared light (i.e., transmits at least 90% of light with a wavelength greater than 400 nm), preferably visible and infrared light It has an average transmittance of 95% or more for infrared rays. The photovoltaic device also includes depositing a photoactive layer, depositing a layer of organic charge transport material on the photoactive layer, and depositing a layer of TCO on the organic charge transport material using remote plasma sputtering. A method for producing is provided. Advantageously, the step of depositing the layer of TCO in the method can be carried out at a temperature of less than 100°C. In addition, the method does not require an additional step of annealing the deposited layer of TCO at a temperature above 200°C. In a preferred embodiment, the photoactive layer comprises a photoactive perovskite material.

디바이스device 구조 - structure - 페로브스카이트perovskite 재료 ingredient

전술한 다접합형 광기전 디바이스에서, 제 1 서브-셀(110)는 페로브스카이트 재료를 포함하는 광활성 영역을 포함한다. 제 1 서브-셀의 광활성 영역(110) 내의 페로브스카이트 재료는 광활성 영역 내에서 광흡수재/감광제로서 기능하도록 구성된다. 그러면 페로브스카이트 재료는 1.50eV 내지 1.75eV, 더 바람직하게는 1.65eV 내지 1.70eV의 밴드 갭을 갖는 것이 바람직하다. 실리콘 헤테로접합(SHJ)을 포함하는 제 2 서브-셀은 약 1.1 eV의 밴드 갭을 갖는 것이 바람직하다.In the aforementioned multi-junction photovoltaic device, the first sub-cell 110 includes a photoactive region including a perovskite material. The perovskite material in the photoactive region 110 of the first sub-cell is configured to function as a light absorber/sensitizer within the photoactive region. Then, the perovskite material preferably has a band gap of 1.50 eV to 1.75 eV, more preferably 1.65 eV to 1.70 eV. The second sub-cell comprising a silicon heterojunction (SHJ) preferably has a band gap of about 1.1 eV.

바람직하게는, 페로브스카이트 재료는 일반 화학식 (I)을 갖는다.Preferably, the perovskite material has the general formula (I).

[A][B][X]3 (I)[A][B][X] 3 (I)

여기서 [A]는 하나 이상의 1가 양이온, [B]는 하나 이상의 2가 무기 양이온, [X]는 하나 이상의 할로겐화물 음이온이다.wherein [A] is one or more monovalent cations, [B] is one or more divalent inorganic cations, and [X] is one or more halide anions.

바람직하게 [X]는 불화물, 염화물, 브로민화물, 및 요드화물로부터 선택되는, 바람직하게는 염화물, 브로민화물 및 요드화물로부터 선택되는 하나 이상의 할로겐화물 음이온을 포함한다. 더 바람직하게 [X]는 브로민화물 및 요드화물로부터 선택되는 하나 이상의 할로겐화물 음이온을 포함한다. 몇몇 실시례에서, [X]는 불화물, 염화물, 브로민화물, 및 요드화물로부터 선택되는, 바람직하게는 염화물, 브로민화물 및 요드화물로부터 선택되는 2 개의 상이한 할로겐화물 음이온을 포함하는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 브로민화물 및 요드화물을 포함한다.Preferably [X] comprises at least one halide anion selected from fluoride, chloride, bromide, and iodide, preferably selected from chloride, bromide and iodide. More preferably [X] contains at least one halide anion selected from bromide and iodide. In some embodiments, [X] preferably comprises two different halide anions selected from fluoride, chloride, bromide, and iodide, preferably selected from chloride, bromide, and iodide; , more preferably bromide and iodide.

바람직하게 [A]는 메틸암모늄(CH3NH3 +),포름아미디늄(HC(NH)2)2 +),및 에틸 암모늄(CH3CH2NH3 +)으로부터 선택되는 하나 이상의 유기 양이온을 포함하고, 바람직하게는 메틸암모늄(CH3NH3 +)및 포름아미디늄(HC(NH)2)2 +)으로부터 선택되는 하나의 유기 양이온을 포함한다. [A]는 Cs+, Rb+, Cu+, Pd+, Pt+, Ag+, Au+, Rh+, 및 Ru+로부터 선택되는 하나 이상의 무기 양이온을 포함할 수 있다. Preferably [A] is one or more organic cations selected from methylammonium (CH 3 NH 3 + ), formamidinium (HC(NH) 2 ) 2 + ), and ethyl ammonium (CH 3 CH 2 NH 3 + ). and preferably one organic cation selected from methylammonium (CH 3 NH 3 + ) and formamidinium (HC(NH) 2 ) 2 + . [A] may include one or more inorganic cations selected from Cs+, Rb+, Cu+, Pd+, Pt+, Ag+, Au+, Rh+, and Ru+.

바람직하게 [B]는 Pb2 +및 Sn2 +로부터 선택되는 하나 이상의 2 가 무기 양이온을 포함하고, 바람직하게는 Pb2+를 포함한다.Preferably [B] contains at least one divalent inorganic cation selected from Pb 2+ and Sn 2+ , preferably Pb 2+ .

바람직한 실시례에서, 페로브스카이트 재료는 일반 화학식 (Ia)를 갖는다.In a preferred embodiment, the perovskite material has the general formula (Ia).

AxA'1-xB(XyX'1-y)3 (IA)A x A' 1-x B(X y X' 1-y ) 3 (IA)

여기서 A는 포름아미디늄(FA)이고, A'는 세슘 양이온(Cs+)이고, B는 Pb2 +이고, X는 요드화물이고, X'는 브로민화물이고, 0 < x ≤ 1이고, 0 < y ≤ 1이다. 따라서, 이들 바람직한 실시형태에서, 페로브스카이트 재료는 2 개의 1 가 양이온의 혼합물을 포함할 수 있다. 또한, 바람직한 실시형태에서, 페로브스카이트 재료는 따라서 단일 요드화물 음이온 또는 요드화물과 브로민화물 음이온의 혼합물을 포함할 수 있다. 본 발명자들은 이러한 페로브스카이트 재료가 1.50eV 내지 1.75eV의 밴드 갭을 가질 수 있다는 것과 이러한 페로브스카이트 재료의 층이 적합한 결정 형태 및 상으로 쉽게 형성될 수 있다는 것을 발견하였다. 더 바람직하게는, 페로브스카이트 재료는 FA1- xCsxPbI3 - yBry이다.where A is formamidinium (FA), A ' is a cesium cation (Cs + ), B is Pb 2+ , X is an iodide, X' is a bromide, and 0 < x ≤ 1 , 0 < y ≤ 1. Thus, in these preferred embodiments, the perovskite material may include a mixture of two monovalent cations. Also, in a preferred embodiment, the perovskite material may thus comprise a single iodide anion or a mixture of iodide and bromide anions. The inventors have discovered that these perovskite materials can have band gaps of 1.50 eV to 1.75 eV and that layers of these perovskite materials can be readily formed into suitable crystal morphologies and phases. More preferably, the perovskite material is FA 1- x Cs x PbI 3 - y B y .

고효율의 광기전 디바이스를 제공하기 위해, 최적의 전류량을 생성하기 위해 흡수재의 흡수가 최대화되는 것이 이상적이다. 결과적으로, 광기전 디바이스 또는 서브-셀 내에서 흡수재로서 페로브스카이트를 사용하는 경우, 가시 스펙트럼을 가로질러 태양 광의 대부분을 흡수하기 위해 페로브스카이트 층의 두께는 이상적으로 약 300 내지 600 nm이어야 한다. 따라서, 전형적으로 페로브스카이트 재료의 층의 두께는 100nm를 초과한다. 광기전 디바이스의 페로브스카이트 재료의 층의 두께는, 예를 들면, 100 nm 내지 1000 nm일 수 있다. 광기전 디바이스의 페로브스카이트 재료의 층의 두께는, 예를 들면, 200 nm 내지 700 nm, 바람직하게는 300nm 내지 600nm이다. 전술한 다접합형 광기전 디바이스에서, 제 1/최상부 서브-셀(110)의 광활성 영역에서 평면의 페로브스카이트 재료의 층(113)은 바람직하게는 350 nm 내지 450 nm의 두께, 더 바람직하게는 약 400 nm의 두께를 갖는다. In order to provide a photovoltaic device with high efficiency, it is ideal that the absorption of the absorber is maximized to produce an optimal amount of amperage. Consequently, when using perovskite as an absorber within a photovoltaic device or sub-cell, the thickness of the perovskite layer ideally is about 300 to 600 nm in order to absorb most of the sunlight across the visible spectrum. should be Thus, typically the thickness of the layer of perovskite material exceeds 100 nm. The thickness of the layer of perovskite material of the photovoltaic device can be, for example, between 100 nm and 1000 nm. The thickness of the layer of perovskite material of the photovoltaic device is, for example, between 200 nm and 700 nm, preferably between 300 nm and 600 nm. In the aforementioned multi-junction photovoltaic device, the layer 113 of planar perovskite material in the photoactive region of the first/top sub-cell 110 preferably has a thickness of 350 nm to 450 nm, more preferably preferably has a thickness of about 400 nm.

디바이스device 구조 - structure - 제 2No. 2 서브-셀 표면 프로파일 Sub-cell surface profile

일체형으로 집적된 페로브스카이트-온-실리콘 다접합형 광기전 디바이스의 개발 시에, 가장 주요한 고려요소 중 하나는 페로브스카이트 서브-셀과 인접하는 결정질 실리콘 최하부 서브-셀 사이의 계면이다. 이와 관련하여, 전술한 Schneider, B.W. 등 및 Filipic, M. 등에 기술되어 있는 바와 같이, 종래의 상업용 결정질 실리콘 태양 전지는 텍스처링된 표면을 특징으로 하며, 이것은 반사를 감소시키도록, 그리고 광학 경로의 길이를 증가시키도록 설계되며, 통상적으로 이러한 표면 텍스처는 결정면을 따라 에칭에 의해 형성된 불규칙적으로 분포된 피라미드, 또는 일정한 반전된 피라미드로 이루어진다. 따라서 페로브스카이트 서브-셀의 전체 두께가 전형적으로 텍스처링된 표면의 거칠기와 유사하므로 이러한 텍스처링된 표면은 일체형으로 집적된 페로브스카이트-온-실리콘 광기전 디바이스의 가공의 경우에 상당한 문제가 있다. 예를 들면, 종래의 결정질 실리콘 태양 전지의 표면 거칠기는 전형적으로 500 nm 내지 10 μm의 범위이고, 페로브스카이트 셀의 두께는 전형적으로 1 μm 미만이다. 특히, Schneider, B.W. 등 및 Filipic, M. 등이 실리콘 최하부 서브-셀의 텍스처링된 전면 상에 공형의 박막 페로브스카이트 서브-셀이 침착되는 페로브스카이트-온-실리콘 탠덤 전지를 모델링하도록 시도하였으나, 어떤 문헌도 이러한 공형의 침착을 달성하기 위한 방법을 제안하고 있지 않다. 더욱이, Bailie, C. 등은 페로브스카이트 최상부 셀을 결합한 일체형 탠덤 전지의 개발은 (즉, 표면 거칠기를 감소시키기 위해/임의의 표면 텍스처를 제거하기 위해) 표면 실리콘 최하부 셀을 평탄화할 필요가 있을 것이라고 말한다. In the development of monolithically integrated perovskite-on-silicon multijunction photovoltaic devices, one of the most important considerations is the interface between the perovskite sub-cell and the adjacent crystalline silicon lowermost sub-cell. . In this regard, the aforementioned Schneider, B.W. As described in et al. and Filipic, M., conventional commercial crystalline silicon solar cells feature a textured surface, which is designed to reduce reflection and increase the length of the optical path, typically This surface texture consists of irregularly distributed pyramids formed by etching along the crystal plane, or regular inverted pyramids. Thus, since the overall thickness of the perovskite sub-cell typically approximates the roughness of the textured surface, such a textured surface presents significant challenges for the fabrication of integrally integrated perovskite-on-silicon photovoltaic devices. there is. For example, the surface roughness of conventional crystalline silicon solar cells typically ranges from 500 nm to 10 μm, and the thickness of perovskite cells is typically less than 1 μm. In particular, Schneider, B.W. et al. and Filipic, M. et al. attempted to model a perovskite-on-silicon tandem cell in which a conformal thin-film perovskite sub-cell was deposited on a textured front surface of a silicon bottom sub-cell, but no literature Nor does it suggest a method for achieving such conformal deposition. Furthermore, Bailie, C. et al. found that the development of an integral tandem cell incorporating a perovskite top cell requires planarization of the surface silicon bottom cell (i.e., to reduce surface roughness/remove any surface texture). say there will be

결과적으로, 지금까지 일체형으로 집적된 페로브스카이트-온-실리콘 다접합형 광기전 디바이스의 유일한 실시례는 실리콘 최하부 서브-셀의 효율을 저하시키다는 인식에도 불구하고 페로브스카이트의 침착을 단순화하기 위해 평면의 최상부 표면을 갖는 실리콘 최하부 서브-셀을 사용한다(전술한 Mailoa, J.P. 등을 참조할 것). 이러한 접근법은 페로브스카이트 셀의 침착과 관련된 문제를 회피하지만, 평면의 표면을 생성하기 위해 종래의 결정질 실리콘 태양 전지의 기계적 연마를 필요로 하므로, 실리콘 셀의 가공 비용을 증가시키고, 효율을 감소시킨다. As a result, to date, the only realization of monolithically integrated perovskite-on-silicon multijunction photovoltaic devices is the deposition of perovskite, despite the recognition that it reduces the efficiency of the silicon bottom sub-cell. For simplicity, a silicon bottom sub-cell with a planar top surface is used (see Mailoa, J.P. et al., supra). This approach avoids the problems associated with the deposition of perovskite cells, but requires mechanical polishing of conventional crystalline silicon solar cells to create a planar surface, thus increasing the processing cost of the silicon cells and reducing their efficiency. let it

대조적으로, 본 발명자들은 적합한 형태를 갖는 페로브스카이트 최상부 서브-셀을 포함하는 층의 침착을 가능하게 하면서 실리콘 최하부 서브-셀의 최상부 표면의 텍스처링의 존재로부터 발생하는 대부분의 효율 이익을을 유지하는 일체로 집적된 페로브스카이트-온-실리콘 다접합형 광기전 디바이스를 제조할 수 있다는 것을 발견하였다. 특히, 본 발명자들은 페로브스카이트 최상부 서브-셀의 층의 간단한 공형 침착을 가능하게 하면서도, 평면의 텍스처링되지 않은 최상부 표면을 갖는 실리콘 최하부 서브-셀과 비교했을 때 약 1%의 실리콘 최하부 서브-셀의 효율의 증가를 허용하는 실리콘 최하부 서브-셀의 최상부 표면에 대한 유리한 표면 프로파일을 발견하였다.In contrast, we maintain most of the efficiency benefits arising from the presence of texturing of the uppermost surface of the silicon lowermost sub-cell while enabling the deposition of a layer comprising a perovskite uppermost sub-cell having a suitable morphology. It has been found that it is possible to fabricate an integrally integrated perovskite-on-silicon multijunction photovoltaic device. In particular, we found that while enabling simple conformal deposition of the layers of the perovskite top sub-cell, about 1% of the silicon bottom sub-cell compared to a silicon bottom sub-cell with a planar, untextured top surface. We have found an advantageous surface profile for the top surface of the silicon bottom sub-cell that allows for an increase in the efficiency of the cell.

이와 관련하여, 본 발명자들은 페로브스카이트 서브-셀에 인접한 표면이 500 nm 미만의 거칠기 평균(Ra)으로 텍스처링되는 실리콘 최하부 서브-셀 상에 페로브스카이트 서브-셀을 침착시키는 경우 기능적 탠덤(tandem)을 얻을 수 있다고 결정하였다. 전술한 바와 같이, 실리콘 기반의 광기전 디바이스에 관련하여 용어 "텍스처링된"은 의도적으로 생성된 인공적인 불평탄한 표면 프로파일이, 예를 들면, 에칭 공정을 이용하여 생성된 디바이스의 표면을 의미한다. In this regard, the present inventors have found that when depositing a perovskite sub-cell on a silicon bottom sub-cell where the surface adjacent to the perovskite sub-cell is textured with a roughness average (R a ) of less than 500 nm, functional It was decided that a tandem could be obtained. As noted above, the term “textured” in relation to silicon-based photovoltaic devices refers to the surface of the device where an intentionally created, artificially uneven surface profile has been created using, for example, an etching process.

또한 본 발명자들은 50 내지 450 nm의 거칠기 평균(Ra)이 바람직하다고 결정하였는데, 이것이 실리콘 최하부 서브-셀의 표면 텍스처링에 의해 제공된 이점을 완전히 상실하지 않으면서 페로브스카이트 서브-셀의 층의 침착을 단순화하기 때문이다. 특히, 사용되는 특정 페로브스카이트 및 실리콘 최하부 셀 상에 침착될 페로브스카이트 층의 두께에 따라 100 내지 400 nm의 거칠기 평균(Ra)이 가장 효율적인 디바이스를 제조할 가능성이 있다. 본 명세서에 기술된 예시적인 실시형태에서, 페로브스카이트 서브-셀에 인접하는 실리콘 최하부 서브-셀의 표면에 대한 바람직한 거칠기 평균(Ra)은 200 nm 내지 400 nm이다.The inventors have also determined that a roughness average (R a ) of 50 to 450 nm is desirable, which allows the layer of the perovskite sub-cell to be reconstructed without completely losing the advantage provided by the surface texturing of the silicon bottom sub-cell. Because it simplifies calm. In particular, depending on the particular perovskite used and the thickness of the perovskite layer to be deposited on the silicon bottom cell, roughness averages (R a ) of 100 to 400 nm are likely to produce the most efficient devices. In the exemplary embodiments described herein, the preferred roughness average (R a ) for the surface of the lowermost silicon sub-cell adjacent to the perovskite sub-cell is between 200 nm and 400 nm.

따라서, 제 1 서브-셀(110)에 인접하는 제 2 서브-셀(120)의 표면(127)은 500 nm 미만의 거칠기 평균(Ra)을 갖는 것이 바람직하다. 제 1 서브-셀(110)에 인접하는 제 2 서브-셀(120)의 표면(127)은 50 내지 450 nm의 거칠기 평균(Ra)을 갖는 것이 더욱 더 바람직하다. 바람직한 실시형태에서, 제 1 서브-셀(110)에 인접하는 제 2 서브-셀(120)의 표면(127)은 100 내지 400 nm의 거칠기 평균(Ra)을 가지며, 더 바람직하게는 200 nm 내지 400 nm의 거칠기 평균(Ra)을 갖는다.Accordingly, the surface 127 of the second sub-cell 120 adjacent to the first sub-cell 110 preferably has a roughness average R a of less than 500 nm. It is even more preferable that the surface 127 of the second sub-cell 120 adjacent to the first sub-cell 110 has a roughness average R a of 50 to 450 nm. In a preferred embodiment, the surface 127 of the second sub-cell 120 adjacent to the first sub-cell 110 has a roughness average R a of 100 to 400 nm, more preferably 200 nm to 400 nm of roughness average (R a ).

바람직한 실시례에서, 제 1 서브-셀(110)에 인접하는 제 2 서브-셀(120)의 표면(127)은 50 nm 이하의 평균제곱근 거칠기(Rrms)를 갖는다. 또한 그러면 제 1 서브-셀(110)에 인접하는 제 2 서브-셀(120)의 표면(127)은 100 nm 내지 400 nm, 바람직하게는 약250 nm의 피크-투-피크 거칠기(Rt)를 갖는 것이 바람직하다. 더욱이, 제 1 서브-셀(110)에 인접하는 제 2 서브-셀(120)의 표면(127)은 10 μm 내지 50 μm, 바람직하게는 약 25 μm의 피크 간 평균 간격(Sm)을 갖는 것이 바람직하다. 더욱이, 제 1 서브-셀(110)에 인접하는 제 2 서브-셀(120)의 표면(127)은 기복하는 프로파일을 갖는 것이 바람직하다(즉, 표면의 높이의 변화가 실질적으로 평활하도록 프로파일이 파의 형태나 윤곽을 갖는다). 그러면 제 2 서브-셀(120) 위의 층(예를 들면, 상호접속층(130), 및 제 1 서브-셀(110)을 구성하는 층)은 제 2 서브-셀의 인접 표면(120)과 공형인 실질적으로 연속적이고 공형인 층으로서 각각 침착된다.In a preferred embodiment, the surface 127 of the second sub-cell 120 adjacent to the first sub-cell 110 has a root mean square roughness (R rms ) of 50 nm or less. Also then, the surface 127 of the second sub-cell 120 adjacent to the first sub-cell 110 has a peak-to-peak roughness (R t ) of 100 nm to 400 nm, preferably about 250 nm. It is desirable to have Moreover, the surface 127 of the second sub-cell 120 adjacent to the first sub-cell 110 has an average peak-to-peak spacing S m of between 10 μm and 50 μm, preferably about 25 μm. it is desirable Moreover, the surface 127 of the second sub-cell 120 adjacent to the first sub-cell 110 preferably has an undulating profile (ie, the profile is such that the change in height of the surface is substantially smooth). have the shape or contour of a wave). The layers above the second sub-cell 120 (eg, the interconnect layer 130 and the layers constituting the first sub-cell 110) then form an adjacent surface 120 of the second sub-cell. are each deposited as a substantially continuous, conformal layer that is conformal with

예로서, 도 5는 제 2 서브-셀(120)의 표면 프로파일의 특성 실시례를 개략적으로(축적에 맞지 않게) 도시하며, 여기서 텍스처링된 표면은 (즉, 샘플링 길이(L)에 대해) 500 nm 미만의 거칠기 평균(Ra)을 갖고, 피크-투-피크 거칠기(Rt)는 약 250 nm이고, 평균제곱근 거칠기(Rrms)는 약 50 nm이고, 피크 간 평균 간격(Sm)은 약 25 μm이다. 또한, 제 1 서브-셀(110)에 인접하는 제 2 서브-셀(120)의 표면(127)은 표면의 높이 변화가 실질적으로 평활하도록 기복하는 프로파일을 갖는 것을 볼 수 있다.As an example, FIG. 5 schematically (not to scale) shows a characteristic embodiment of the surface profile of the second sub-cell 120 , where the textured surface is 500 (ie for a sampling length L) nm, a peak-to-peak roughness (R t ) of about 250 nm, a root mean square roughness (R rms ) of about 50 nm, and an average spacing between peaks (S m ) of It is about 25 μm. It can also be seen that the surface 127 of the second sub-cell 120 adjacent to the first sub-cell 110 has an undulating profile such that the change in height of the surface is substantially smooth.

대안적 alternative 디바이스device 구조 - 일반 structure - general

전술한 실시례에서, 다접합형 광기전 디바이스는 그 전면의 태양 노출면을 통해서만 광을 수집하여 전기를 발생하도록 구성된 단면형으로 간주될 수 있다. 그러나, 전술한 특징들의 대부분은 그 양면, 즉 전면의 태양 노출면과 후면을 통해 광을 수집하여 전기를 발생할 수 있는 양면형 다접합형 광기전 디바이스에도 동등하게 적용될 수 있다. 특히, 본 발명자들은 디바이스의 후면으로부터 흡수되는 광에 대해 제 2 서브-셀의 하측에 제공되는 추가의 페로브스카이트 기반의 서브-셀로 다접합형 광기전 디바이스가 양면형 아키텍처로 구성될 수 있음을 인식하였다. In the foregoing embodiments, the multi-junction type photovoltaic device may be regarded as a single-sided type configured to generate electricity by collecting light only through the sun-exposed surface of its front surface. However, most of the features described above are equally applicable to a double-sided, multi-junction type photovoltaic device capable of generating electricity by collecting light through both sides thereof, ie, the front sun-exposed side and the back side. In particular, the inventors found that the multijunction photovoltaic device can be constructed in a bifacial architecture with an additional perovskite-based sub-cell provided on the underside of the second sub-cell for light absorbed from the rear surface of the device. recognized.

따라서 도 6은 양면형의 일체로 집적된 다접합형 광기전 디바이스(100)를 개략적으로 도시하며, 이것은 페로브스카이트 재료를 포함하는 광활성 영역을 포함하는 제 1/최상부 서브-셀(110), 실리콘 헤테로접합(SHJ)을 포함하는 제 2/중간 서브-셀(120), 및 페로브스카이트 재료를 포함하는 광활성 영역을 포함하는 제 3/최하부 서브-셀(140)을 포함한다. 다접합형 광기전 디바이스(100)는 일체로 집적된 구조를 가지고, 따라서 단지 2 개의 전극, 즉 전면/제 1 전극(101) 및 후면/제 2 전극(102)을 가지며, 이들 2 개의 전극 사이에 제 1 서브-셀(110), 제 2 서브-셀(120), 및 제 3 서브-셀(140)이 배 치된다. 특히, 제 1 서브-셀(110)은 제 1 전극(101)과 접촉하고, 제 3 서브-셀(140)은 제 2/후면 전극(102)과 접촉하고, 제 2 서브-셀(120)은 제 1 서브-셀(110)과 제 3 서브-셀(140) 사이에 배치된다. Figure 6 thus schematically depicts a bifacial, integrally integrated, multi-junction photovoltaic device 100, which comprises a first/top sub-cell 110 comprising a photoactive region comprising a perovskite material. , a second/middle sub-cell 120 comprising a silicon heterojunction (SHJ), and a third/bottom sub-cell 140 comprising a photoactive region comprising a perovskite material. The multi-junction type photovoltaic device 100 has an integrally integrated structure, and thus has only two electrodes, namely a front/first electrode 101 and a rear/second electrode 102, between these two electrodes. The first sub-cell 110, the second sub-cell 120, and the third sub-cell 140 are disposed in. Specifically, the first sub-cell 110 is in contact with the first electrode 101, the third sub-cell 140 is in contact with the second/rear electrode 102, and the second sub-cell 120 is disposed between the first sub-cell 110 and the third sub-cell 140 .

일체로 집적된 구조가 단지 2 개의 전극을 가지므로, 제 1 서브-셀(110)과 제 2 서브-셀(120)은 하나 이상의 상호접속층을 포함하는 제 1 중간 영역(130)에 의해 서로 연결되고, 제 2 서브-셀(120) 및 제 3 서브-셀(140)은 하나 이상의 상호접속층을 포함하는 제 2 중간 영역(150)에 의해 서로 연결된다. Since the integrally integrated structure has only two electrodes, the first sub-cell 110 and the second sub-cell 120 are interconnected by a first intermediate region 130 comprising one or more interconnection layers. and the second sub-cell 120 and the third sub-cell 140 are connected to each other by a second intermediate region 150 comprising one or more interconnection layers.

전술한 디바이스와 같이, 제 1 서브-셀의 광활성 영역(110) 내의 페로브스카이트 재료는 광활성 영역 내에서 광흡수제/감광제로서 기능하도록 구성된다. 그러면 페로브스카이트 재료는 1.50eV 내지 1.75eV, 더 바람직하게는 1.65eV 내지 1.70eV의 밴드 갭을 갖는 것이 바람직하다. 실리콘 헤테로접합(SHJ)을 포함하는 제 2 서브-셀은 약 1.1 eV의 밴드 갭을 갖는 것이 바람직하다. 제 3 서브-셀의 광활성 영역(140) 내의 페로브스카이트 재료도 광활성 영역 내에서 광흡수제/감광제로서 기능하도록 구성되고, 따라서 바람직하게는 1.50eV 내지 1.75eV의 밴드 갭, 더 바람직하게는 1.65eV 내지 1.70eV의 밴드 갭을 갖는다. As with the device described above, the perovskite material within the photoactive region 110 of the first sub-cell is configured to function as a light absorber/sensitizer within the photoactive region. Then, the perovskite material preferably has a band gap of 1.50 eV to 1.75 eV, more preferably 1.65 eV to 1.70 eV. The second sub-cell comprising a silicon heterojunction (SHJ) preferably has a band gap of about 1.1 eV. The perovskite material in the photoactive region 140 of the third sub-cell is also configured to function as a light absorber/photosensitizer in the photoactive region, and thus preferably has a band gap of 1.50 eV to 1.75 eV, more preferably 1.65 eV. It has a band gap from eV to 1.70 eV.

따라서 제 3 서브-셀의 광활성 영역(140) 내의 페로브스카이트 재료는 제 1 서브-셀의 광활성 영역(110) 내의 페로브스카이트 재료와 동일하거나 제 1 서브-셀의 광활성 영역(110) 내의 페로브스카이트 재료와 다를 수 있다. 어떠한 경우에도, 제 3 서브-셀의 광활성 영역(140) 내의 페로브스카이트 재료는 본 명세서에 기술되어 있는 바람직한 페로브스카이트 재료에 대응하는 것이 바람직하다. Thus, the perovskite material in the photoactive region 140 of the third sub-cell is the same as the perovskite material in the photoactive region 110 of the first sub-cell or the photoactive region 110 of the first sub-cell. It may be different from the perovskite material in In any case, the perovskite material in the photoactive region 140 of the third sub-cell preferably corresponds to the preferred perovskite material described herein.

도 7은 양면형의 일체로 집적된 다접합형 광기전 디바이스(100)의 더 구체적인 실시례를 개략적으로 도시한다. 도 7의 실시례에서, 제 1 서브-셀(110)의 구조 광활성 영역은 도 3에 도시된 그리고 이를 참조로 기술된 것과 대응한다. 따라서 제 3 서브-셀의 광활성 영역(140)은 광활성 페로브스카이트 재료가 평면의 층(143)으로서 제공된 광활성 영역을 포함한다. 제 3 서브-셀의 광활성 영역(140)은 하나 이상의 n형 층을 포함하는 n형 영역(142), 하나 이상의 p형 층을 포함하는 p형 영역(141), 및 n형 영역과 p형 영역 사이에 배치되는 평면의 페로브스카이트 재료의 층(143)을 더 포함한다. 7 schematically illustrates a more specific embodiment of a double-sided integrally integrated multi-junction photovoltaic device 100 . In the embodiment of FIG. 7 , the structure photoactive region of the first sub-cell 110 corresponds to that shown in FIG. 3 and described with reference thereto. The photoactive region 140 of the third sub-cell thus comprises a photoactive region in which the photoactive perovskite material is provided as a planar layer 143 . The photoactive region 140 of the third sub-cell includes an n-type region 142 comprising one or more n-type layers, a p-type region 141 comprising one or more p-type layers, and an n-type region and a p-type region. and a layer 143 of planar perovskite material disposed therebetween.

이러한 구성에서, 제 3 서브-셀(140) 내의 평면의 페로브스카이트 재료의 층(143)은 개방된 공극이 없는 것으로 간주된다. 전형적으로, 개방된 공극이 없는 페로브스카이트 재료의 층(143)은 n형 영역 및 p형 영역의 모두와 접촉하고, 따라서 n형 영역 및 p형 영역의 모두를 갖는 평면의 헤테로접합을 형성한다. 따라서 제 3 서브-셀(140)은 평면의 헤테로접합형 아키텍처를 갖는 것으로서 기술될 수 있다. In this configuration, the layer 143 of planar perovskite material in the third sub-cell 140 is considered free of open pores. Typically, the layer 143 of perovskite material without open pores is in contact with both the n-type and p-type regions, thus forming a planar heterojunction with both the n-type and p-type regions. do. Thus, the third sub-cell 140 can be described as having a planar heterojunction architecture.

전술한 바와 같이, 제 2/중간 서브-셀(120)가 실리콘 헤테로접합(SHJ)을 포함하고, 여기서 광활성 흡수재는 n형 c-Si(121)이고, 이미터는 p형 a-Si(122)인 경우, 다접합형 광기전 디바이스(100)의 제 1/최상부 서브-셀(110)은 n형 영역(111)이 제 2 서브-셀(120)에 인접하도록 배치된다. 다시 말하면, n형 영역(111)은 제 2 서브-셀(120)에 인접하고, 따라서 p형 영역(112)보다 제 2 서브-셀(120)에 더 근접한다. 특히, 제 1 서브-셀(110)과 제 2 서브-셀(120)을 연결하는 제 1 중간 영역(130)과 접촉하는 것은 제 1 서브-셀(110)의 n형 영역(111)이다. 따라서, 제 1 서브-셀(110)의 p형 영역(112)은 제 1 전극(101)과 접촉한다. 따라서 전면/제 1 전극(101)은 양의 전극(정공 수집 전극)으로서 기능한다.As described above, the second/middle sub-cell 120 comprises a silicon heterojunction (SHJ), wherein the photoactive absorber is n-type c-Si (121) and the emitter is p-type a-Si (122) , the first/top sub-cell 110 of the multi-junction photovoltaic device 100 is disposed such that the n-type region 111 is adjacent to the second sub-cell 120 . In other words, the n-type region 111 is adjacent to the second sub-cell 120 and thus closer to the second sub-cell 120 than the p-type region 112 is. In particular, it is the n-type region 111 of the first sub-cell 110 that contacts the first middle region 130 connecting the first sub-cell 110 and the second sub-cell 120 . Thus, the p-type region 112 of the first sub-cell 110 is in contact with the first electrode 101 . Thus, the front/first electrode 101 functions as a positive electrode (hole collecting electrode).

유사하게, 제 2/중간 서브-셀(120)이 실리콘 헤테로접합(SHJ)을 포함하고, 여기서 광활성 흡수재는 n형 c-Si(121)이고, 이면전계(BSF) 층은 n형 a-Si(125)인 경우, 다접합형 광기전 디바이스(100)의 제 3/최하부 서브-셀은 p형 영역(141)이 제 2 서브-셀(120)에 인접하도록 배치된다. 다시 말하면, p형 영역(141)은 제 2 서브-셀(120)에 인접하고, 따라서 n형 영역(142)보다 제 2 서브-셀(120)에 더 근접한다. 특히, 제 3 서브-셀(140)과 제 2 서브-셀(120)을 연결하는 제 2 중간 영역(150)과 접촉하는 것은 제 3 서브-셀(140)의 p형 영역(141)이다. 따라서 제 3 서브-셀(140)은, 제조 중에 제 2 서브-셀(120) 상에 침착되는 층의 순서가 반전되었으므로, 제 1 서브-셀(110)에 비교했을 때 반전된 것으로 간주될 수 있다. 따라서 제 3 서브-셀(140)의 n형 영역(142)은 제 2 전극(102)과 접촉하고, 따라서 제 2/후면 전극(102)은 음의 전극(전자 수집 전극)으로서 기능한다.Similarly, the second/middle sub-cell 120 includes a silicon heterojunction (SHJ), wherein the photoactive absorber is n-type c-Si (121) and the back surface field (BSF) layer is n-type a-Si (125), the third/bottom sub-cell of the multi-junction photovoltaic device 100 is disposed such that the p-type region 141 is adjacent to the second sub-cell 120. In other words, the p-type region 141 is adjacent to the second sub-cell 120 and thus closer to the second sub-cell 120 than the n-type region 142 is. In particular, the p-type region 141 of the third sub-cell 140 contacts the second middle region 150 connecting the third sub-cell 140 and the second sub-cell 120 . Thus, the third sub-cell 140 can be considered reversed when compared to the first sub-cell 110 since the order of the layers deposited on the second sub-cell 120 was reversed during fabrication. there is. Thus, the n-type region 142 of the third sub-cell 140 is in contact with the second electrode 102, and thus the second/rear electrode 102 functions as a negative electrode (electron collecting electrode).

양면형 다접합형 광기전 디바이스에서 p형 영역(141) 및 n형 영역(142)의 각각은 제 1 서브-셀(110)의 p형 영역(112) 및 n형 영역(111)의 각각과 동일한 조성 및 구조일 수 있다. 대안적으로, p형 영역(141) 및 n형 영역(142)은 제 1 서브-셀(110)의 p형 영역(112) 및 n형 영역(111)과 상이한 조성 및 구조일 수 있다. 어떠한 경우에도, 제 3 서브-셀(140)의 p형 영역(141)과 n형 영역(142)의 각각의 조성 및 구조는, 예를 들면, 본 명세서에서 제 1 서브-셀(110)의 p형 영역(112) 및 n형 영역(111)에 대해 기술된 것들 중에서 선택될 수 있다. In the double-sided multi-junction photovoltaic device, each of the p-type region 141 and the n-type region 142 corresponds to each of the p-type region 112 and the n-type region 111 of the first sub-cell 110. may be of the same composition and structure. Alternatively, the p-type region 141 and the n-type region 142 may have different compositions and structures from the p-type region 112 and the n-type region 111 of the first sub-cell 110 . In any case, the composition and structure of each of the p-type region 141 and the n-type region 142 of the third sub-cell 140 are, for example, of the first sub-cell 110 in this specification. It may be selected from those described for the p-type region 112 and the n-type region 111.

양면형 다접합형 광기전 디바이스에서 제 2/후면 전극(102)은 디바이스의 광활성 층을 통해 광의 투과를 허용하도록 반투명하거나 투명해야 한다. 따라서 2/후면 전극(102)은 제 1/전면 전극(101)의 것과 동일하거나 유사한 조성 및 구조를 갖는 것이 바람직하다. 따라서 제 2/후면 전극(102)의 조성 및 구조는 제 1 전극(101)과 관련하여 본 명세서에서 기술한 것들 중에서 선택될 수 있다.In a bifacial multijunction photovoltaic device, the second/back electrode 102 must be translucent or transparent to allow transmission of light through the photoactive layer of the device. Therefore, the 2/back electrode 102 preferably has the same or similar composition and structure as that of the first/front electrode 101 . Accordingly, the composition and structure of the second/back electrode 102 may be selected from those described herein with respect to the first electrode 101 .

또한 제 3 서브-셀(140)에 인접하는 제 2 서브-셀(120)의 표면(128)은 제 1 서브-셀(110)에 인접하는 제 2 서브-셀(120)의 표면(127)의 것과 동일하거나 유사한 표면 프로파일을 갖는 것이 바람직하다. 따라서 제 3 서브-셀(140)에 인접하는 제 2 서브-셀(120)의 표면(128)의 표면 프로파일은 제 1 서브-셀(110)에 인접하는 제 2 서브-셀(120)의 표면(127)에 관하여 전술한 것과 동일하거나 유사한 것이 바람직하다. In addition, the surface 128 of the second sub-cell 120 adjacent to the third sub-cell 140 is the surface 127 of the second sub-cell 120 adjacent to the first sub-cell 110. It is preferred to have a surface profile identical to or similar to that of Accordingly, the surface profile of the surface 128 of the second sub-cell 120 adjacent to the third sub-cell 140 is the surface of the second sub-cell 120 adjacent to the first sub-cell 110. It is preferably the same as or similar to that described above with respect to (127).

실시례Example

이하의 상술된 실시례에서, 사전 제조된 n형 결정질 실리콘 헤테로접합(SHJ) 서브-셀이 얻어졌고, 전면/최상부 표면에 맞춤형 화학 연마를 가하였고, 이어서 상호접속층으로서 ITO의 층을 블랭킷 코팅(blanket coating)하였다. 다음에 실리콘 헤테로접합(SHJ) 서브-셀의 전면/최상부 표면을 산소 플라즈마 처리를 이용하여 세정하였다. In the examples detailed below, a prefabricated n-type crystalline silicon heterojunction (SHJ) sub-cell was obtained, subjected to a custom chemical polish on the front/top surface, followed by blanket coating of a layer of ITO as an interconnect layer. (blanket coating) was applied. The front/top surface of the silicon heterojunction (SHJ) sub-cell was then cleaned using an oxygen plasma treatment.

다접합형 디바이스의 경우, 열 증발을 이용하여 실리콘 헤테로접합(SHJ) 서브-셀의 전면/최상부 표면 상에 n형 재료의 층을 침착하였다. 후속하여, 화학식 MAPb(I0.8Br0.2)3(여기서 MA는 메틸암모늄(CH3NH3 +임)의 페로브스카이트 재료의 층을 용액으로부터 스핀 코팅 침착에 의해 형성하였다. 본 실시례에서, 페로브스카이트 재료에 대한 고체 전구물질을 칭량하고, 바이얼 내에서 함께 혼합하였다. 다름에 이 혼합물을 용매가 첨가되는 글러브박스 내에 투입하였다. 다음에 용액으로부터 스핀 코팅에 의해 p형 재료의 박층을 침착시키고, 물리 증착에 의해 패턴화된 금 전극을 증착시킴으로써 셀을 완성시켰다. For multijunction devices, a layer of n-type material was deposited on the front/top surface of a silicon heterojunction (SHJ) sub-cell using thermal evaporation. Subsequently, a layer of perovskite material of the formula MAPb(I 0.8 Br 0.2 ) 3 , where MA is methylammonium (CH 3 NH 3 + ), was formed by spin coating deposition from solution. In this example, The solid precursors for the perovskite material were weighed and mixed together in a vial.Then this mixture was put into a glove box where the solvent was added.Then thin layers of p-type material were formed by spin coating from the solution. was deposited, and the cell was completed by depositing a patterned gold electrode by physical vapor deposition.

도 8 및 도 9는 시뮬레이션된 AM 1.5G(100 mW/cm2) 태양 조사 하에서 단접합형 디바이스로서 측정된 경우의 n형 결정질 실리콘 헤테로접합(SHJ) 서브-셀의 실시례에 대한 I-V 곡선 및 계산된 디바이스 특성을 도시한다. 이들 실리콘 헤테로접합(SHJ) 서브-셀의 각각에 대한 계산된 전력 변환 효율(η)은 약 17%이다. 8 and 9 are I-V curves and calculations for an embodiment of an n-type crystalline silicon heterojunction (SHJ) sub-cell when measured as a monojunction device under simulated AM 1.5G (100 mW/cm2) solar irradiation. shows the device characteristics. The calculated power conversion efficiency (η) for each of these silicon heterojunction (SHJ) sub-cells is about 17%.

이에 비해, 도 10 및 도 11은 각각 n형 결정질 실리콘 헤테로접합(SHJ) 서브-셀 상에 일체로 집적된 페로브스카이트 기반의 서브-셀을 포함하는 다접합형 디바이스에 대한 I-V 곡선 및 계산된 디바이스 특성을 도시한다. 이들 다접합형 디바이스에 대한 계산된 전력 변환 효율(η)은 20.1% 및 20.6%이고, 단접합형 결정질 실리콘 헤테로접합(SHJ) 서브-셀에 비해 약 3%의 효율의 순 이득이다. In comparison, FIGS. 10 and 11 show I-V curves and calculations for a multi-junction device including a perovskite-based sub-cell integrally integrated on an n-type crystalline silicon heterojunction (SHJ) sub-cell, respectively. shows the device characteristics. The calculated power conversion efficiencies (η) for these multi-junction type devices are 20.1% and 20.6%, a net gain of about 3% efficiency over the mono-junction type crystalline silicon heterojunction (SHJ) sub-cell.

전술한 개개의 항목은 단독으로 또는 도면에 도시되거나 설명에 기술되어 있는 다른 항목과의 조합으로 사용될 수 있으며, 동일한 절에서 또는 동일한 도면에서 언급된 항목은 상호 조합된 상태로 사용될 필요없다. Each of the foregoing items may be used alone or in combination with other items shown in the drawings or described in the description, and items referred to in the same section or in the same figure need not be used in combination with each other.

더욱이, 본 발명을 전술한 바와 같은 바람직한 실시형태에 대해 설명하였으나, 이들 실시형태는 단지 예시에 불과하다는 것을 이해해야 한다. 당업자는 첨부된 청구범위 내에 속하는 것으로 간주되는 개시를 참조하여 개조 및 변경을 실시할 수 있을 것이다. 예를 들면, 당업자는 본 발명의 전술한 특정 실시형태가 모두 다접합형 구조를 갖는 광기전 디바이스에 관한 것이지만 본 발명의 양태는 광활성 페로브스카이트의 층이 비교적 거친 표면 상에 침착될 필요가 있는 단접합형 디바이스에도 동등하게 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 추가의 실시례로서, 당업자는 본 발명의 전술한 실시형태가 모두 광기전 디바이스에 관한 것이지만, 본 발명의 양태는 다른 광전자 디바이스에도 동등하게 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이와 관련하여, 용어 "광전자 디바이스"는 광기전 디바이스, 포토다이오드(태양 전지를 포함함), 광트랜지스터, 광전자증배기, 포토레지스터, 및 발광 다이오드 등을 포함한다. 특히, 전술한 실시형태에서 광활성 페로브스카이트 재료가 광흡수재/감광제로서 사용되었으나, 이것은 전하, 전자 및 정공을 수용함으로써 후에 재결합하여 광을 방출하는 발광 재료로서 기능할 수도 있다. Moreover, although the present invention has been described with respect to preferred embodiments as described above, it should be understood that these embodiments are merely illustrative. Modifications and changes will occur to those skilled in the art with reference to the disclosure deemed to fall within the scope of the appended claims. For example, one skilled in the art will understand that while certain of the foregoing embodiments of the present invention are all directed to photovoltaic devices having a multi-junction type structure, aspects of the present invention require a layer of photoactive perovskite to be deposited on a relatively rough surface. It will be appreciated that the same can be applied to unijunction devices with As a further example, those skilled in the art will appreciate that while the foregoing embodiments of the present invention all relate to photovoltaic devices, aspects of the present invention are equally applicable to other optoelectronic devices. In this regard, the term "optoelectronic device" includes photovoltaic devices, photodiodes (including solar cells), phototransistors, photomultipliers, photoresistors, light emitting diodes, and the like. In particular, although a photoactive perovskite material is used as a light absorber/photosensitizer in the above embodiment, it may function as a light emitting material that later recombines and emits light by accepting charges, electrons and holes.

Claims (32)

단접합형 구조에서 최하부 실리콘 서브-셀의 효율을 초과하여 전력 변환 효율에서 순 이득을 생성하는 다접합형 광기전 디바이스로서,
제 2 서브-셀 상에 배치된 제 1 서브-셀을 포함하며,
상기 제 1 서브-셀은 하나 이상의 n형 층을 포함하는 n형 영역, 하나 이상의 p형 층을 포함하는 p형 영역, 및 상기 n형 영역과 p형 영역 사이에 배치되는, 그리고 상기 n형 영역 및 p형 영역 중 하나 또는 둘 모두와 평면의 헤테로접합을 형성하는, 개방된 공극을 갖지 않는, 페로브스카이트 재료의 층을 포함하는 광활성 영역을 포함하고,
상기 페로브스카이트 재료는 일반 화학식 (IA)를 갖고,
AxA'1-xB(XyX'1-y)3 (IA)
여기서 A는 메틸암모늄 양이온(MA)(CH3NH3 +), 포름아미디늄 양이온(FA)(HC(NH)2)2 +), 및 에틸 암모늄 양이온(EA)(CH3CH2NH3 +)으로부터 선택되는 하나 이상의 유기 양이온을 포함하고, A'는 Cs+, Rb+, Cu+, Pd+, Pt+, Ag+, Au+, Rh+, 및 Ru+로부터 선택 되는 하나 이상의 무기 양이온을 포함하고, B는 Pb2+를 포함하는 적어도 하나의 2 가 무기 양이온을 포함하고, X는 요드화물이고, X'는 브로민화물이고, 0 < x ≤ 1이고, 0 < y ≤ 1이고,
상기 제 2 서브-셀은 실리콘 헤테로접합(SHJ)을 포함하는,
다접합형 광기전 디바이스.
A multijunction photovoltaic device that produces a net gain in power conversion efficiency in excess of the efficiency of a bottom silicon sub-cell in a unijunction structure, comprising:
a first sub-cell disposed on a second sub-cell;
The first sub-cell comprises an n-type region comprising one or more n-type layers, a p-type region comprising one or more p-type layers, and disposed between the n-type region and the p-type region, and the n-type region and a photoactive region comprising a layer of perovskite material, without open pores, forming a planar heterojunction with one or both of the p-type regions;
The perovskite material has the general formula (IA),
A x A' 1-x B(X y X' 1-y ) 3 (IA)
where A is methylammonium cation (MA) (CH 3 NH 3 + ), formamidinium cation (FA) (HC(NH) 2 ) 2 + ), and ethyl ammonium cation (EA) (CH 3 CH 2 NH 3 + ), A′ comprises one or more inorganic cations selected from Cs+, Rb+, Cu+, Pd+, Pt+, Ag+, Au+, Rh+, and Ru+, and B is Pb 2+ At least one divalent inorganic cation comprising, X is iodide, X' is bromide, 0 < x ≤ 1, 0 < y ≤ 1,
The second sub-cell comprises a silicon heterojunction (SHJ),
Multijunction photovoltaic devices.
제 1 항에 있어서,
상기 페로브스카이트 재료의 층은 상기 제 2 서브-셀의 인접 표면과 공형(conformal)인 표면 상에 실질적으로 연속적이고 공형인 층으로서 배치되는,
다접합형 광기전 디바이스.
According to claim 1,
wherein the layer of perovskite material is disposed as a substantially continuous and conformal layer on a surface conformal to an adjacent surface of the second sub-cell.
Multijunction photovoltaic devices.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 서브-셀과 상기 제 2 서브-셀 사이에 배치되어 이들을 연결하는 중간 영역을 더 포함하고, 상기 중간 영역은 하나 이상의 상호접속층을 포함하는,
다접합형 광기전 디바이스.
According to claim 1 or 2,
further comprising an intermediate region disposed between and connecting the first sub-cell and the second sub-cell, wherein the intermediate region comprises one or more interconnection layers;
Multijunction photovoltaic devices.
제 3 항에 있어서,
상기 하나 이상의 상호접속층의 각각은 투명한 전도체 재료를 포함하는,
다접합형 광기전 디바이스.
According to claim 3,
wherein each of the one or more interconnect layers comprises a transparent conductive material;
Multijunction photovoltaic devices.
제 3 항에 있어서,
상기 중간 영역은 인듐 주석 산화물(ITO)로 이루어지는 상호접속층을 포함하는,
다접합형 광기전 디바이스.
According to claim 3,
wherein the intermediate region comprises an interconnection layer made of indium tin oxide (ITO).
Multijunction photovoltaic devices.
제 5 항에 있어서,
상기 ITO의 층은 10 nm 내지 60nm의 두께를 갖는,
다접합형 광기전 디바이스.
According to claim 5,
The layer of ITO has a thickness of 10 nm to 60 nm,
Multijunction photovoltaic devices.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 n형 영역은 무기 n형 재료를 포함하는 n형 층을 포함하는,
다접합형 광기전 디바이스.
According to claim 1 or 2,
wherein the n-type region comprises an n-type layer comprising an inorganic n-type material;
Multijunction photovoltaic devices.
제 7 항에 있어서,
상기 무기 n형 재료는,
타이타늄, 주석, 아연, 니오븀, 탄탈럼, 텅스텐, 인듐, 갈륨, 네오디뮴, 팔라듐, 카드뮴의 산화물, 또는 타이타늄, 주석, 아연, 니오븀, 탄탈럼, 텅스텐, 인듐, 갈륨, 네오디뮴, 팔라듐 및 카드뮴 중 2 개 이상의 혼합물의 산화물;
카드뮴, 주석, 구리, 아연의 황화물 또는 카드뮴, 주석, 구리 및 아연 중 2 개 이상의 혼합물의 황화물;
카드뮴, 아연, 인듐, 갈륨의 셀렌화물 또는 카드뮴, 아연, 인듐 및 갈륨 중 2 개 이상의 혼합물의 셀렌화물; 및
카드뮴, 아연 또는 주석의 텔루르화물, 또는 카드뮴, 아연 및 주석 중 2 개 이상의 혼합물의 텔루르화물 중 어느 하나로부터 선택되는,
다접합형 광기전 디바이스.
According to claim 7,
The inorganic n-type material,
Oxides of titanium, tin, zinc, niobium, tantalum, tungsten, indium, gallium, neodymium, palladium, cadmium, or two of titanium, tin, zinc, niobium, tantalum, tungsten, indium, gallium, neodymium, palladium and cadmium oxides of one or more mixtures;
sulfides of cadmium, tin, copper, zinc or sulfides of mixtures of two or more of cadmium, tin, copper and zinc;
selenide of cadmium, zinc, indium, gallium or a mixture of two or more of cadmium, zinc, indium and gallium; and
selected from any one of tellurides of cadmium, zinc or tin, or tellurides of mixtures of two or more of cadmium, zinc and tin;
Multijunction photovoltaic devices.
제 7 항에 있어서,
상기 n형 영역은 TiO2을 포함하는 n형 층을 포함하는,
다접합형 광기전 디바이스.
According to claim 7,
The n-type region comprises an n-type layer containing TiO 2 ,
Multijunction photovoltaic devices.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 n형 영역은 유기 n형 재료를 포함하는 n형 층을 포함하는,
다접합형 광기전 디바이스.
According to claim 1 or 2,
wherein the n-type region comprises an n-type layer comprising an organic n-type material;
Multijunction photovoltaic devices.
제 10 항에 있어서,
상기 유기 n형 재료는 플러렌 또는 플러렌 유도체, 페릴렌 또는 페릴렌 유도체, 또는 폴리{[N,N0-비스(2-옥틸도데실)-나프탈렌-1,4,5,8-비스(디카르복시미드)-2,6-디일]-alt-5,50-(2,20-비티오펜)}(P(NDI2OD-T2)) 중 어느 하나로부터 선택되는,
다접합형 광기전 디바이스.
According to claim 10,
The organic n-type material is fullerene or a fullerene derivative, perylene or a perylene derivative, or poly{[N,N0-bis(2-octyldodecyl)-naphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide ) -2,6-diyl] -alt-5,50- (2,20-bithiophene)} (P (NDI2OD-T2)),
Multijunction photovoltaic devices.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 p형 영역은 무기 p형 재료를 포함하는 p형 층을 포함하는,
다접합형 광기전 디바이스.
According to claim 1 or 2,
wherein the p-type region comprises a p-type layer comprising an inorganic p-type material;
Multijunction photovoltaic devices.
제 12 항에 있어서,
상기 무기 p형 재료는,
니켈, 바나듐, 구리 또는 몰리브데넘의 산화물; 및
CuI, CuBr, CuSCN, Cu2O, CuO 또는 CIS 중 어느 하나로부터 선택되는,
다접합형 광기전 디바이스.
According to claim 12,
The inorganic p-type material,
oxides of nickel, vanadium, copper or molybdenum; and
selected from any one of CuI, CuBr, CuSCN, CuO, CuO or CIS;
Multijunction photovoltaic devices.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 p형 영역은 유기 p형 재료를 포함하는 p형 층을 포함하는,
다접합형 광기전 디바이스.
According to claim 1 or 2,
wherein the p-type region comprises a p-type layer comprising an organic p-type material;
Multijunction photovoltaic devices.
제 14 항에 있어서,
상기 유기 p형 재료는 스피로-MeOTAD, P3HT, PCPDTBT, PVK, PEDOT-TMA, PEDOT:PSS 중 어느 하나로부터 선택되는,
다접합형 광기전 디바이스.
15. The method of claim 14,
The organic p-type material is selected from any one of spiro-MeOTAD, P3HT, PCPDTBT, PVK, PEDOT-TMA, PEDOT: PSS,
Multijunction photovoltaic devices.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 n형 영역은 상기 제 2 서브-셀에 인접한,
다접합형 광기전 디바이스.
According to claim 1 or 2,
the n-type region is adjacent to the second sub-cell;
Multijunction photovoltaic devices.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
제 1 전극 및 제 2 전극을 더 포함하고,
상기 제 1 서브-셀 및 제 2 서브-셀은 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치되고, 상기 제 1 서브-셀은 상기 제 1 전극과 접촉하는,
다접합형 광기전 디바이스.
According to claim 1 or 2,
Further comprising a first electrode and a second electrode,
the first sub-cell and the second sub-cell are disposed between the first electrode and the second electrode, the first sub-cell being in contact with the first electrode;
Multijunction photovoltaic devices.
제 17 항에 있어서,
상기 제 1 전극은 상기 제 1 서브-셀의 p형 영역과 접촉하는,
다접합형 광기전 디바이스.
18. The method of claim 17,
the first electrode contacts the p-type region of the first sub-cell;
Multijunction photovoltaic devices.
제 17 항에 있어서,
상기 제 1 전극은 투명한 또는 반투명한 전기 전도성 재료를 포함하는,
다접합형 광기전 디바이스.
18. The method of claim 17,
wherein the first electrode comprises a transparent or translucent electrically conductive material;
Multijunction photovoltaic devices.
제 17 항에 있어서,
상기 제 1 전극은 인듐 주석 산화물(ITO)의 층으로 이루어진,
다접합형 광기전 디바이스.
18. The method of claim 17,
The first electrode is made of a layer of indium tin oxide (ITO),
Multijunction photovoltaic devices.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 서브-셀의 광활성 영역은 1.50eV 내지 1.75eV의 밴드 갭을 갖는 페로브스카이트 재료의 층을 포함하는,
다접합형 광기전 디바이스.
According to claim 1 or 2,
wherein the photoactive region of the first sub-cell comprises a layer of perovskite material having a band gap of 1.50 eV to 1.75 eV.
Multijunction photovoltaic devices.
제 1 항에 있어서,
상기 페로브스카이트 재료는 FAxCs1-xPbI3-yBry인,
다접합형 광기전 디바이스.
According to claim 1,
The perovskite material is FA x Cs 1-x PbI 3-y Br y ,
Multijunction photovoltaic devices.
제 1 항에 있어서,
상기 페로브스카이트 재료는 MAPb(I0.8Br0.2)3인,
다접합형 광기전 디바이스.
According to claim 1,
The perovskite material is MAPb (I 0.8 Br 0.2 ) 3 ,
Multijunction photovoltaic devices.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 서브-셀은 양면형 서브-셀을 포함하고, 상기 디바이스는 상기 제 2 서브-셀의 아래에 배치된 제 3 서브-셀을 더 포함하고, 상기 제 3 서브-셀은 페로브스카이트 재료의 층을 포함하는 광활성 영역을 포함하는,
다접합형 광기전 디바이스.
According to claim 1 or 2,
The second sub-cell includes a double-sided sub-cell, and the device further includes a third sub-cell disposed below the second sub-cell, the third sub-cell comprising a perovskite a photoactive region comprising a layer of material,
Multijunction photovoltaic devices.
제 24 항에 있어서,
상기 제 3 서브-셀의 광활성 영역은 상기 제 1 서브-셀의 광활성 영역의 페로브스카이트 재료와 동일하거나 상이한 페로브스카이트 재료의 층을 포함하는,
다접합형 광기전 디바이스.
25. The method of claim 24,
The photoactive region of the third sub-cell comprises a layer of perovskite material that is the same as or different from the perovskite material of the photoactive region of the first sub-cell.
Multijunction photovoltaic devices.
제 24 항에 있어서,
상기 제 1 서브-셀은 정상 구조를 갖고, 상기 제 3 서브-셀은 반전 구조를 갖는,
다접합형 광기전 디바이스.
25. The method of claim 24,
wherein the first sub-cell has a normal structure and the third sub-cell has an inverted structure;
Multijunction photovoltaic devices.
제 3 항에 있어서,
제 3 서브-셀과 상기 제 2 서브-셀 사이에 배치되어 이들을 연결하는 추가의 중간 영역을 더 포함하고, 상기 추가의 중간 영역은 하나 이상의 추가의 상호접속층을 포함하는,
다접합형 광기전 디바이스.
According to claim 3,
further comprising an additional intermediate region disposed between and connecting the third sub-cell and the second sub-cell, the additional intermediate region comprising one or more additional interconnection layers;
Multijunction photovoltaic devices.
제 27 항에 있어서,
상기 하나 이상의 추가의 상호접속층의 각각은 투명한 전도체 재료로 이루어지는,
다접합형 광기전 디바이스.
28. The method of claim 27,
each of the one or more additional interconnection layers is made of a transparent conductive material;
Multijunction photovoltaic devices.
제 27 항에 있어서,
상기 중간 영역은 인듐 주석 산화물(ITO)로 이루어지는 추가의 상호접속층을 포함하는,
다접합형 광기전 디바이스.
28. The method of claim 27,
the intermediate region comprises an additional interconnection layer made of indium tin oxide (ITO);
Multijunction photovoltaic devices.
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